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'접히고 늘어나는' 배터리 기술 나왔다

2024-12-05

포스텍 등 국내 연구진 변형 가능한 배터리 개발
변형에도 성능 저하 없이 장기간 작동

변형 가능한 리튬 호스트 구조 및 연신성 리튬 금속 전지 구동 사진. <포스텍 제공>

박수진 포스텍 교수 연구팀.(왼쪽부터 박수진 교수, 이상엽 박사, 이유빈 씨) <포스텍 제공>

국내 대학 연구진이 다양한 형태로 변형이 가능한 배터리 개발에 성공했다.

포스텍(포항공과대학교)은 5일 포스텍 화학과·배터리공학과 박수진 교수 연구팀과 한국에너지기술연구원, 충남대 연구진이 신축성과 높은 에너지 밀도를 모두 충족하는 배터리 기술을 최근 개발했다고 밝혔다. 스마트워치 등 웨어러블(wearable) 기기의 보급이 늘어나며, 접기나 늘리기 등 다양한 기계적 변형을 견딜 수 있는 차세대 웨어러블 기기에 대한 수요가 급증하고 있다. 그러나 이러한 웨어러블 기기에 에너지를 공급하는 기존 신축성 배터리는 에너지 밀도가 낮고 공정이 복잡해 실용화에 한계가 있었다.

이에 국내 공동 연구팀은 나노입자(AgNPs)를 활용해 '리튬 친화적이면서도 신축성이 있는 은 나노입자 매트릭스(SLiM)'라는 전극 구조를 개발했다. 이 구조는 탄력이 있는 섬유 형태로 은 나노입자들이 전극의 표면과 내부에 고르게 퍼져 있어 리튬 음극의 안정성을 높여준다. 특히, 은 나노입자들은 배터리가 늘어나거나 접히는 상황 등 전극이 변형되는 상황에서도 전기가 통하는 연결망이 끊어지지 않게 유지했다.

실험 결과 연구진의 리튬 금속 전지는 다양한 형태로 변형되더라도 성능 저하 없이 장기간 안정적인 충·방전이 가능했다. 이번 연구는 웨어러블 기기 같은 차세대 전자기기에 적합한 배터리 설계의 새로운 가능성을 열었다는 점에서 큰 의미가 있다. 박수진 교수는 "다양한 형태로 변형이 가능한 리튬 금속 배터리의 가능성을 입증했다"며 "이 기술은 2차전지 상용화를 앞당기고, 신체 부착형 기기 발전에도 기여할 것"이라고 말했다. 한편, 이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지인 '에너지 저장 재료(Energy Storage Materials)' 온라인판에 게재됐다. 전준혁기자 jjh@yeongnam.com