휘는 고성능 배터리 세계 첫 개발 성공

    

▲ KAIST 신소재공학과 이건재 교수팀이 세계 최초로 휘어져도 전압이 유지되는 고효율 유연 배터리 개발에 성공했다. KAIST 제공

휘어지는 디스플레이의 에너지원으로 반드시 필요한 고효율 유연 배터리를 KAIST 연구진이 세계 최초로 개발했다. KAIST는 21일 신소재공학과 이건재 교수팀이 유연한 고효율 배터리를 개발하는데 성공했다고 21일 밝혔다.

그동안 얇고 가벼우면서도 휘어지는 디스플레이의 기술 발전을 위해서는 필연적으로 휘어지면서도 충전밀도가 높고, 폭발 위험이 극히 적은 고성능 유연 고상배터리의 개발이 요구됐다.

그러나 고효율 배터리를 만드는 소재인 산화물 양극재료는 고온 열처리가 필요해 플래스틱 기판에서 구현이 불가능했고, 고온 열처리 없이 분말로 만들 경우 충전밀도가 매우 낮은 문제점으로 실용화가 안됐다.

이 교수팀이 개발한 유연 배터리는 휘어지더라도 전압이 3.9~4.2V로 거의 변하지 않고, 충·방전 1만 번(방전심도 80%)의 안정적 작동으로 2200㎼h/㎤의 높은 에너지 밀도를 갖고 있다.

연구팀은 리튬코발트산화물 양극재료를 운모 희생기판에서 4㎛(마이크로미터) 정도의 박막형태로 고온 성장시켜, 기판으로 쓰인 딱딱한 희생기판을 제거해 얇은 배터리 부분만 남긴 후 유연한 기판위에 전사해 고성능 유연 고상배터리를 완성했다.

현재 연구팀은 이를 대량생산하기 위한 ‘레이저 리프트 오프(Laser lift-off)’ 기술과 충전용량을 높이기 위해 3차원으로 적층하는 후속 연구를 진행 중이다. 이 연구가 끝나는 대로 상용화 수준의 유연 배터리가 나올 전망이다.

이번 연구를 주도한 구민 박사는 “충전밀도가 높은 박막형태의 고효율 유연 배터리는 완전한 형태의 유연 전자제품를 만드는 데 획기적인 역할을 할 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구결과는 최근 미국에서 열린 국제광자공학회(SPIE)에서 발표됐고, 재료분야 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 8월호에 게재됐다.

이재형 기자 1800916@cctoday.co.kr