KETI, 전극 물질과 섬유 소재 일체화한
새로운 Sn@Ni 섬유 전극 구조체 개발
플렉서블 배터리의 구조적 안정성 향상


IoT 및 웨어러블 디바이스 시장이 성장하면서 기계적 변형이 발생하는 조건에서도 안정적인 성능을 구현하는 플렉서블 배터리에 대한 요구가 증가하고 있다.

전자부품연구원(KETI)은 3일, 전극 물질과 섬유 소재를 일체화한 새로운 전극 구조체를 개발했다고 밝혔다.

기존 플렉서블 이차전지 전극은 기계적 변형에 취약한 ‘금속박’을 ‘탄소 기반 기판’이나 전도성 물질이 코팅된 ‘고분자 직물’로 변경하는 기술들을 중심으로 연구됐다.

탄소 기반 기판의 경우, 복잡한 제조 공정과 높은 비용이 상용화에 걸림돌로 작용하고 있으며, 고분자 직물의 경우 기계적 변형 시 균열 등이 발생하여 전극 구성 요소가 쉽게 분리되고 용량이 적다는 한계점이 있다.

KETI 차세대전지연구센터 유지상 센터장과 우상길 박사팀이 국민대학교 김재헌 교수팀, UNIST 이상영 교수팀과 함께 개발한 Sn@Ni 섬유 전극은 PET 고분자 직물과 전도성 금속인 니켈(Ni)층을 일체화시킴으로써 기계적 변형에 대한 구조적 안정성을 확보했다.

갈바닉 치환법을 적용해 니켈 일부를 리튬 저장이 가능한 주석(Sn)으로 치환하여 기존 대비 높은 에너지 밀도를 갖는 원리다.

공동 연구팀은 이번 Sn@Ni 섬유 전극이 “전지 크기의 절반까지 2,000회 구부림을 반복한 후에도 96% 이상의 용량을 유지하는 등 기계적 내구성이 우수하다”라며, “기존 전극 대비 전기 전도도가 600배 향상됐다”라고 밝혔다.

KETI는 Sn@Ni 섬유 전극이 적용된 고분자 전해질 기반의 플렉서블 이차전지를 후속 연구로 진행하고 있다. 우상길 박사는 “향후 이러한 요소기술들이 융합된 이차전지 시스템이 플렉서블 이차전지의 조기 상용화와 차세대 웨어러블 시장의 도래에 이바지할 것”이라고 전망했다.

한편, 이번 기술은 국제 학술 저널 중 재료과학 분야 상위 10%에 드는 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’ 4월호 표지 논문으로 선정됐다.