신축성 배터리 전극[KIST 제공]

한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 그래핀과 탄소나노튜브로 만든 벌집 모양 구조체를 이용해 늘어나는 리튬이온전지를 개발했다.

KIST 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사팀은 31일 그래핀과 탄소나노튜브로 만든 신축성이 있는 구조체를 활용한 전극과 젤형태 전해질을 결합해 잡아당겨 늘일 수 있는 리튬이온전지를 제작했다고 밝혔다.

유연하고 신축성 있는 리튬이온전지는 스마트 밴드 같은 웨어러블 기기와 몸속에 삽입하는 페이스메이커 등 이식형 전자 기기가 다양하게 사용되면서 개발 필요성이 점점 커지고 있다. 

연구진은 원자 두께의 2차원 물질인 그래핀과 막대형태의 탄소나노튜브를 결합해 벌집 모양의 구조체를 만들었다. 이어 이 벌집 모양 구조체를 김밥처럼 말아 아코디언처럼 늘어날 수 있는 전극 소재를 제작했다.

연구진은 이 전극 소재에 신축성 젤형태의 해질과 공기·수분을 차단하고 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 조립해 늘어나는 리튬이온전지를 만들었다.

늘어나는 리튬이온전지는 에너지 저장 용량이 5.05㎃h/㎠로 기존 리튬이온전지와 비슷한 것으로 나타났다.

연구진은 또 이 리튬이온전지는 모든 구성물이 50% 이상의 높은 신축성을 가지고 있고, 500번 이상 잡아당겨도 성능이 유지될 만큼 기계적 안정성이 뛰어나다고 밝혔다.

손정곤 박사는 "이 신축성 리튬이온전지가 웨어러블 기기나 신체 부착형 소자를 개발할 때 에너지 저장 시스템으로 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구 결과는 나노 기술 분야 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano) 최신 호에 게재됐다.