길이 30% 늘려도 용량은 그대로..'고무줄 배터리' 개발

폴리우레탄과 금나노입자 이용 전도성 저하 문제 해결

적층된 밀도구배 탄성전극 제조폴리우레탄과 금나노입자를 다양한 조성비로 복합체를 형성시킨 뒤, 전도성 층과 신축성 층을 번갈아가면서 진공 탈수 방식으로 계층 수 조절을 하며 적층시킨 뒤 밀도 구배된 탄성전극을 제조함(그림 연세대 제공)

국내연구진이 늘어나는 배터리의 고질적인 전도성 저하 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 김병수 연세대 교수, 박수진 포스텍 교수, 니콜라스 코토브 미시간대학 교수로 이뤄진 공동연구팀이 우수한 전도성과 함께 유연성·신축성을 지닌 전극·배터리를 개발했다고 28일 밝혔다.

최근 신축성 있는 전자기기에 쓰일 늘어나는 전극에 대한 연구가 활발하다. 하지만 전극이 늘어나는 과정에서 전도층이 파열되면서 전도성이 떨어져 배터리 용량 저하로 이어지는 문제가 발생한다.

이 문제 해결을 위해 기판 위에 전도층을 패턴화 시키거나 기판을 주름지게 하는 방법이 시도됐으나, 공정이 복잡하고 도포된 표면에만 전기가 흐르는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 고무탄성을 갖는 폴리우레탄(PU)과 전도성이 우수한 금 나노입자를 간단하게 전기적 인력을 통해 혼합하는 방식으로 전극을 제조했다. 이는 금속처럼 전기가 통하면서 고무줄처럼 늘어나는 특징을 갖는다.

연구팀은 “공기청정기 필터에 먼지가 달라 붙거나 머리카락이 풍선에 달라붙는 현상 등 일상에서 목격할 수 있는 전기적 인력을 이용한 비교적 단순한 공정으로 신축성은 유지하면서 저항 값을 금속 수준으로 내렸다”고 설명했다.

또 폴리우레탄과 금나노입자의 비율이 다른 두 종류의 복합체를 번갈아 쌓아 전극의 표면에서 뿐만 아니라 위에서부터 아래까지 수직 방향으로도 전기가 흐르도록 만들었다.

나아가 개발된 신축성 전극을 리튬 이차전지에 적용, 배터리 길이가 30% 이상 늘어나는 물리적 변형에도 우수한 안정성을 나타내는 것을 확인했다.

박수진 교수는 "배터리 집전체 뿐 아니라 미래의 신축성 디스플레이 및 전자기기에 응용될 것으로 기대한다ˮ고 말했다.

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류준영 기자 joon@

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