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충북대 공동연구팀, 늘어나는 고효율 배터리기술 개발

기사승인 2020.09.10  17:07:10

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▲충북대학교 정문 전경.

충북대학교 연구팀이 고무줄처럼 늘어남과 동시에 매우 높은 에너지밀도를 갖는 고효율 stretchable(늘어나는) 배터리 개발에 성공했다.

화학공학과 정삼문 교수(대학원부원장 및 대학원정책실장 겸임), 공업화학과 조중상 교수, 청주대 태양광에너지공학과 김재광 교수 연구팀이다.

이 배터리는 섬유 형태의 전극을 이용해 고무줄처럼 자유자재로 늘어난다.

공동연구팀은 주석 산화물 음극 입자와 리튬인산철 양극 입자를 각각 전기전도성이 매우 높은 탄소 매트릭스에 균일하게 복합화 할 수 있는 다공성 섬유 공정기술을 개발했다.

이렇게 제작된 전극 소재를 주름진 구조의 전극 설계에 적용해 기존 상용전지(100–265 W·h/kg) 대비 매우 높은 에너지밀도(459 W·h/kg)를 구현했다.

이번 연구는 최근 몸에 착용하는 웨어러블 기기에 대한 수요증가에 따라 자유자재로 휘어지는(flexible) 배터리에 대한 연구에서 더 나아가 고무줄처럼 늘어나기까지 하면서 배터리의 성능은 유지되는 신개념의 차세대 에너지 저장장치 개발에 성공해 눈길을 끈다.

신축성 배터리는 피부에 부착해 각종 건강관리용 센서의 에너지 저장 소자로 이용될 수 있기 때문에 최근 신개념의 인체 피부부착형 건강관리 장치를 가능하게 할 핵심부품으로 여겨지고 있다.

그러나 몇몇 보고된 바 있는 신축성 배터리는 낮은 에너지 밀도와 열악한 사이클 안정성을 나타내 상용화에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 1차원 구조의 나노섬유 전극, 부직포 형태의 신축성 겔고분자 전해질과 주름 구조의 전극설계를 통해 고성능 신축성 배터리에 대한 새로운 접근법을 성공적으로 제시했다.

연구 전반을 주도한 정상문 교수는 "이번 연구에서 제시한 공정기술을 신축성 전지에 적용해 전지의 성능을 크게 개선함과 동시에 고무줄처럼 늘어나 향후 몸에 부착해 사용하는 웨어러블 디바이스의 대중화를 크게 앞당길 수 있는 기술"이라고 전망했다.

이번 연구는 한국연구재단 재원으로 기초연구실지원사업의 지원을 받아 오장혁(충북대, 석사2년, 지도교수 조중상), 권오현(청주대, 석사2년, 지도교수 김재광)씨가 공동 제1저자로 실험을 주도했다.

연구 결과는 국제저명학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science, Impact factor: 15.84)에 지난 9일 자로 게재됨과 동시에 표지논문으로 선정됐다.

충청비즈 cbiz0419@naver.com

<저작권자 © 충청비즈 무단전재 및 재배포금지>
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