기계연, 두꺼운데 잘 휘어지는 전극 개발

[이데일리 강민구 기자] 한국기계연구원 연구진이 두꺼운데 잘 휘어지는 전극을 개발하고, 차세대 유연 배터리 상용화 가능성을 제시했다.

한국연구재단은 현승민 기계연 박사와 소혜미 박사 연구팀이 스테인리스 스틸 섬유를 3차원 집전체(얇은 두께의 막으로 전극을 고정하고, 충·방전 시 전자 이동 지원 역할)로 활용해 이차전지의 두꺼운 유연 전극을 개발했다고 24일 밝혔다.

소혜미 박사(왼쪽)와 현승민 박사(오른쪽),(사진=한국기계연구원)

유연 배터리는 성능이 떨어지지 않으면서 구부리거나 늘리도록 설계된 에너지 저장 장치다. 최근 웨어러블 장치와 스마트 기기 시장 확대에 따라 수요가 늘었지만 에너지 밀도와 기계적 유연성을 동시에 구현하기 어려웠다.

이에 연구팀은 배터리 전극에 가벼운 섬유형 집전체와 다공성 전극 구조를 결합해 고성능 유연 배터리를 개발했다. 열유도 상분리 공정(고분자와 활물질의 상분리를 일으키는 공정)으로 형성된 다공성 이중 연속 구조로 두꺼우면서 유연한 전극을 구현한 것이다.

연구팀은 스테인리스 스틸 섬유를 보강해 계면 접착력, 굽힘 내구성, 전기 전도성도 강화했다.

이렇게 개발한 이차전지 전극은 거의 직각으로 굽히는 수준에서도 성능 저하 없이 작동했고, 삼원계 배터리(NCM) 반쪽 셀의 경우 기존 유연한 배터리보다 우수한 성능을 나타냈다.

소혜미 박사와 현승민 박사는 “이번 전극은 에너지 밀도가 높으면서 유연해 차세대 유연 배터리의 상용화 가능성을 높였다”며 “향후 산업계에서 복잡한 제품 형태에 맞춘 배터리 개발을 가능하게 할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 파이버 머티리얼즈(Advanced Fiber Materials)’에 지난 달 2일자로 게재됐다.