울산과학기술대학 이상영 교수팀 차세대 리튬 전지 개발

울산과학기술대학(UNIST) 연구팀이 어떠한 전자기기에나 원하는 모양으로 얇게 입힐 수 있는 리튬이온전지 개발에 성공했다.

11일 UNIST에 따르면 에너지 및 화학공학부 이상영(사진)교수와 김세희, 최근호 연구원(박사과정) 등은 별도의 전지 공간이 필요 없는 신개념 리튬이차전지를 개발하기 위한 연구를 미래창조과학부가 지원하고 있는 기초연구사업(중견연구자지원)과 교육부의 BK21플러스사업을 통해 수행했다.

이 교수팀의 연구 결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 나노 레터스(Nano Letters)지 12일 자에 'Printable solid-state lithium-ion batteries: A new route toward shape-conformable power sources with aesthetic versatility for flexible electronics'란 논문명으로 개제됐다.

논문에 따르면 휘어지는(flexible) 전지는 최근 큰 이슈가 되고 있는 사물 인터넷은 물론 스마트 워치, 입는 컴퓨터 및 휘어지는 디스플레이 등 미래 착용형 기기 작동용 전원으로 크게 주목받고 있다.

특히 기존에도 얇고 휘어지는 리튬 전지에 대한 연구는 계속됐으나, 어느 기기에나 접목돼 원하는 디자인을 갖도록 프린팅 공정 및 고분자전해질을 도입해 전지를 제조한 사례는 없었다.

이에 이 교수팀은 먼저 양극, 음극 및 전해질 물질을 각각 '조청'과 같은 점성(점도 700포와즈)을 갖도록 새롭게 제조한 다음 원하는 사물 위에 음극-전해질-양극의 순서대로 직접 프린팅하되, 각각의 물질을 프린팅할 때 마다 1분 이내의 짧은 시간 동안 자외선에 노출시켜 굳히는 방법을 도입했다.

이렇게 하면 각 물질의 점성으로 전지는 사물 위에 프린팅된 모양 그대로 붙어있게 되며 자외선 노출로 고체 상태가 된다.

이 교수팀은 이런 프린팅 공정으로 유리컵, 안경 등 원하는 사물 어디에나 글자, 하트 모양 등 다양한 형태의 전지를 기기별 특성에 맞게 빠르고 저렴하게 제작할 수 있는 '기기맞춤형 얇고 휘어지는 리튬 전지' 원천기술을 확보했다.

특히 기존 전지에서 필수적으로 요구되는 전해액 주입 공정 및 분리막이 필요 없으며 지름 5mm 막대에 반복적으로 감았을 때도 폭발 없이 성능 유지될 만큼 유연한 특성의 우수한 성능 구현하고 있다.

또 현재의 노트북, 휴대폰에서 요구되는 별도의 전지 공간이 필요 없어 착용형 기기 등에 쉽게 접목될 수 있으며 사물인터넷 시대 앞당길 것으로 기대된다.

이상영 교수는 "착용형 기기 및 사물인터넷 시대를 여는 데 있어 가장 큰 걸림돌 중의 하나였던 전원 공간 문제를 해결할 수 있게 되었으며, 이를 통해 차세대 전자 기기들을 다양한 디자인으로 구현하는 데에도 중요한 기여를 할 수 있게 되었다"라고 밝혔다.

[e-mail] 김기열 기자