폴더블 배터리의 모습과 이 배터리를 접고 구부리고 두드리는 장면. /사진제공=UNIST디스플레이를 접어서 쓰는 폴더블 폰을 넘어 배터리까지 접을 수 있는 기술이 개발됐다.
UNIST는 이 대학 에너지 및 화학공학부의 송현곤·박수진 교수팀이 접어도 성능이 유지되는 리튬이온배터리를 제작하는 전극 물질과 구조를 개발했다고 27일 밝혔다.
새로 개발한 ‘폴더블 리튬이온배터리’는 1,000번을 접고 펴도 물리적·전기적 특성을 유지했다. 어떤 각도로 접어도 배터리 용량이 달라지지 않았으며, 절반으로 접어도 안정적으로 작동했다. 망치로 두드리거나 구겨도 LED 전구를 켜는 데 문제가 없었다. 기존 딱딱한 전극 물질을 유연한 재료로 바꾸면서 구조도 새로 제안한 덕분이다.
이차전지가 변형돼도 아무 문제 없이 구동하려면 유연한 이차전지 내에서 ‘집전체’의 전기적인 특성이 유지돼야 한다. 또 반복적인 변형 과정을 거치더라도 ‘활물질’이 단단하게 집전체 위에 붙어있을 수 있는 안정성과 내구성이 필요하다. 기존에 보고된 유연한 이차전지 연구들은 대부분 복잡한 공정과 값비싼 활물질을 사용해야만 했다. 또 신축성을 확보하더라도 이차전지에서 발휘할 수 있는 용량 측면에서 많은 한계를 가지고 있었다. 그로 인해 일반적인 배터리에서 사용되는 활물질들이 신축성 배터리에 적용돼도, 반복적인 변형에서 집전체와 단단하게 붙어있지 못해 고유연성 이차전지를 개발하는 데 여전히 많은 문제점이 존재한다.
연구진은 간단한 초음파 분무 방법으로 유연한 집전체 위에 활물질을 단단하게 묶어주는 기술을 개발했다.
제1 저자인 황치현 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 “활물질은 전기 에너지를 화학적으로 저장하는 역할을 하는데, 그 양이 많다는 건 에너지를 더 많이 담는다는 의미”라며 “다공성 나노물질을 집전체로 쓴 덕분에 고용량 배터리 구현이 가능했다”고 설명했다.
송현곤 교수는 “기존 리튬이온배터리 시스템에 사용하던 다양한 활물질을 그대로 쓰면서 간단한 방식으로 집전체에 활물질을 고정할 수 있다는 게 큰 장점”이라고 강조했다. 그는 이어 “이번 연구는 향후 기계적·전기화학적 특성이 우수한 고유연성 집전체를 설계하는 기반이 될 것”이라며 “유연성을 가지면서 에너지 밀도를 높이는 폴더블 배터리의 가능성을 제시했다”고 덧붙였다.
