KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 손정곤 소프트융합소재연구센터 박사 연구팀이 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.

최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스 관심이 커지고 있다. 하지만 기존 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 다양한 형태 변형이 어려웠다.

연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발해 적용했다. 또 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다.

연구진에 따르면 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 에너지 저장밀도도 리튬이온 배터리와 유사한 수준(~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 특히 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 보였으며, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발할 수 있었다. 

연구진은 해당기술로 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 인쇄된 배터리 옷은 입고 벗고 잡아장겨도 스마트워치 구동을 가능하게 했다. 

손정곤 박사는 "높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다"라며 "이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.