국내 연구진이 옷 표면에 인쇄할 수 있고 잡아당기고 구겨도 성능 변화가 없는 유연한 리튬이온전지 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 연구팀은 양극, 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 배터리 소재 전체가 신축성을 갖고 인쇄까지 가능한 기술을 확보했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 화학회에서 발행하는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다.

최근 스마트밴드 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸 속에 삽입하는 페이스메이커 같은 이식형 전자기기, 메타버스를 위한 착용형 디바이스 사용이 늘어나면서 전력원인 배터리도 피부나 장기와 비슷한 수준으로 부드럽고 늘어나는 형태로 만들어져야 한다는 요구가 커지고 있다. 그렇지만 기존 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재로 만들어지고 액체 전해질이 누수 문제도 발생할 수 있다.

이에 연구팀은 유연성을 주기 위해 배터리에 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하는 대신 새로운 유기 젤 소재를 개발해 전지에 유연성을 줬다.실제로 연구팀은 전도성 잉크 형태로 리튬이온전지를 스판덱스 재질의 팔토시 양면에 인쇄한 뒤 스마트워치 전력원으로 사용해 본 결과 토시를 벗고 끼울 때나 잡아당기더라도 아무 이상없이 작동하는 것을 관찰했다. 또 배터리 모든 부분이 50% 이상 신축성을 갖고 1000번 이상 반복적인 접힘과 구김 상황에서도 성능을 유지했다. 특히 고전압과 다양한 변형 상태에서도 전해질이 부풀지 않고 안정적으로 작동했으며, 기존 리튬이온전지 소재를 그대로 사용할 수 있기 때문에 3,3V 이상 구동 전압에서 작동하는 리튬이온전지와 유사한 에너지 저장밀도를 보이는 것도 확인했다.

연구를 이끈 손정곤 KIST 박사는 “이번 기술은 높은 에너지 밀도를 가지면서도 자유롭게 늘어나고 줄어드는 등 신축안정성을 갖는 한편 기존 리튬이온전지 소재까지 사용이 가능한 재료적 자유도까지 갖췄다는데 의미가 크다”라며 “상용화될 경우 웨어러블 기기, 신체 부착형 소자 개발 등에 다양하게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.