포항공대 연구진 용량 크면서 접히는 전지 개발 가능성 열어

무거운 구리 대신 가벼운 3차원 탄소 적용 전극 제조 성공

국내 연구진이 접히면서도 용량이 큰 전지 실현 가능성을 열었다.

포항공과대학교(포스텍)는 5일 화학과·첨단재료과학부 박수진 교수, 화학과 박사후연구원 류재건씨, 첨단재료과학부 통합과정 강지은씨 팀이 재료연구소와 공동연구를 통해 3차원 구조 유기 박막 전극으로 접히는 전지를 개발했다고 밝혔다.

또 가벼운 3차원 탄소 전극을 활용해 기존 구리 집전체와 비교해 전지 무게를 10배 이상 낮추고 흑연 대신 새로운 유기소재를 사용해 단위 무게당 전지 용량을 4배 이상 늘리는 결과를 내놓았다.

스마트폰이나 착용할 수 있는 전자기기가 대거 등장하면서 고용량 전력 전지에 대한 관심이 커지고 있다.

그러나 온종일 사용할 수 있는 수천 밀리암페어아워(mAh)의 대용량 전지를 안정적으로 접었다가 펼 수 있는 전지 제조 기술은 아직 개발되지 않았다.

포항공대 연구팀은 전지를 무겁게 하는 요소인 구리 집전체를 대신하고 낮은 에너지 밀도를 갖는 흑연 음극을 대체해 전지 무게를 획기적으로 낮출 수 있는 방안을 고민했다.

우선 단일벽 탄소 나노큐브를 이용해 전기 전도도가 높은 3차원 구조체를 만들었다.

또 수 나노미터 두께의 이미드 기반 네트워크 유기소재를 코팅해 얇으면서도 집전체와 유기 소재를 일체화한 전지 전극을 개발했다.

8㎚(나노미터)로 얇은 3차원 일체형 전극은 최대 1천550mAh/g의 가역 용량을 제공해 800회 이상 충전할 수 있다.

일반적인 스마트폰 전지 용량이 2천300∼3천mAh인 만큼 2g의 3차원 일체형 전극만 있어도 스마트폰을 1회 충전할 수 있는 셈이다.

연구팀이 개발한 소재는 금속 기반 집전체를 대신해 가볍고 유연한 이차전지를 개발할 수 있어 차세대 착용 전자기기, 접히는 기기 등에 적용할 수 있다.

이 연구성과는 재료 분야 국제학술지인 'ACS 나노(ACS Nano)' 최신호에 실렸다.

연구를 주도한 박수진 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 일체형 탄소 나노튜브-유기 소재 전극을 활용하면 이차 전지 무게를 획기적으로 낮출 수 있다"며 "기존 2차원 기반의 소자가 지닌 한계를 극복하고 유기 전지 유연화와 경량화를 실현할 수 있다"고 말했다.

/연합뉴스