[사회/CTN]정민준 기자ㅣ충남대학교 유기재료공학과 송우진 교수 연구팀과 UNIST 송현곤 교수팀, 한국전자기술연구원 김현승 박사팀(황치현 박사, 곽명준 박사)이 차세대 웨어러블 전자 장치에 활용 가능한 고에너지밀도를 갖는 유연한 리튬금속전지를 공동 개발했다.

이번 연구 성과는 국제 저명학술지 ‘Advanced Functional Materials’(IF: 18.5, JCR ranking 4.4%)에 8월 30일 게재됐으며, 이번 연구는 충남대 황종하 석박사통합과정생이 공동 제1저자로, 송우진 교수가 공동 교신저자로 참여했다. ※ 논문 제목: Highly Flexible Nano/Micro-Fiber-Based Electrodes for Flexible Lithium Metal Batteries

차세대 웨어러블 전자 기기는 반복적인 기계적인 변형에서도 성능을 유지해야 하기 때문에 높은 유연성을 갖는 에너지 저장 장치의 개발이 필요하다. 특히, 리튬 필름을 음극으로 사용되는 리튬금속전지는 높은 에너지 밀도로 인해 활용도가 높지만 반복적인 기계적 변형 하에 물리적인 내구성이 떨어져 유연 전극에 활용되기에는 어렵다.

이에 공동 연구팀은 이번 연구에서 스프레이 코팅 공정을 기반으로 탄소 나노 튜브와 PET 마이크로 섬유를 활용해 높은 유연성을 갖는 나노/마이크로 섬유 복합 전극 기반의 리튬금속전지를 개발했다.

공동 연구팀은 표면 처리 기법을 통해 PET 마이크로 섬유에 탄소 나노 튜브와 전극의 각 활물질(양극: NCM 및 음극: Li 파우더)을 균일하게 코팅함으로써 기존의 낮은 기계적 내구성을 개선하고 면적당 많은 양의 활물질을 바탕으로 높은 에너지 밀도를 달성했다.

그 결과, 이번 연구에서 개발된 파우치 타입의 리튬금속전지는 500번의 굽히고 접는 동작에서도 안정적으로 97.1%의 용량 보존율을 보였으며 300.1 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 달성했다.

충남대 송우진 교수는 “이번 연구 성과는 차세대 웨어러블 전자 장치가 필요한 다양한 분야에서 유연한 에너지 저장 장치 개발과 활용에 기여할 것으로 전망된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.