POSTECH·에너지기술연구원·충남대, 고에너지밀도 구현한 리튬 전지 개발

늘어나고 에너지 밀도 높은 웨어러브 기기 배터리

국내 연구진이 웨어러블 기기의 핵심 과제였던 배터리 기술에서  신축성과 고에너지밀도 구현한 리튬 전지를 개발했다. 

POSTECH(포항공과대학교) 화학과 및 배터리공학과 박수진 교수 연구팀이 한국에너지기술연구원, 충남대 연구진과 함께 신축성과 높은 에너지 밀도를 동시에 구현한 리튬 금속 배터리를 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지 ‘에너지 저장 재료(Energy Storage Materials)’ 온라인 판에 게재됐다.

웨어러블(wearable) 기기는 스마트워치, 건강 모니터링 센서 등에서 우리의 일상에 깊이 자리 잡았다. 하지만 배터리의 신축성과 에너지 밀도를 동시에 충족하지 못하는 기술적 한계로 인해 차세대 웨어러블 기기의 개발은 난관에 부딪혀 있었다. 기존 신축성 배터리는 에너지 밀도가 낮고, 복잡한 공정으로 실용화가 어려웠다. 리튬 금속 배터리는 높은 에너지 밀도를 자랑하지만, 불안정성 문제로 상용화에 어려움을 겪었다.

박수진 교수 연구팀은 리튬 금속 배터리의 성능을 극대화하고 안정성을 확보하기 위해 ‘리튬 친화적이면서 신축성이 있는 은 나노입자 매트릭스(SLiM)’라는 전극 구조를 개발했다. 이 구조는 은 나노입자를 활용해 전극의 표면과 내부에 균일하게 퍼지는 방식으로 설계됐다. 이 구조는 탄력이 있는 섬유 형태로 은 나노입자들이 전극의 표면과 내부에 고르게 퍼져 있어 리튬 음극의 안정성을 높여준다. 

연구진이 실험한 결과, 은 나노입자들은 배터리가 접히거나 늘어나는 극한의 상황에서도 성능 저하 없이 안정적인 충·방전이 가능했다. 이로써 다양한 형태로 변형될 수 있는 웨어러블 기기에 최적화된 배터리 설계의 가능성을 입증했다.

박수진 POSTECH 교수는 “이번 연구는 웨어러블 기기를 넘어 신체 부착형 기기와 차세대 전자기기 설계에 새로운 가능성을 제시했다”며 “리튬 금속 배터리 상용화를 앞당기고 첨단 기술 발전에 기여할 것”이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.