입을 수 있는 전지의 적용사례와 전지의 구성도. (a)의복과 손목시계에 적용된 사례. (b)섬유전지가 적용된 손목시계. (c)입을 수 있는 섬유전지. (d)섬유전지의 단면도. (KAIST 제공)
한국과학기술원(KAIST)은 14일 EEWS 대학원 최장욱 교수가 같은 과 이정용 교수, 기계공학과 김택수와 공동으로 구부리거나 접어도 안전하게 작동하고, 태양광 충전까지 가능한 신개념 배터리를 개발했다고 밝혔다.
이번 원천기술은 웨어러블(wearable) 컴퓨터 기술개발에 도움을 줄 것으로 기대되며, 아웃도어 의류에 적용할 경우 한 겨울에도 입으면 땀이 나는 옷도 개발할 수 있다.
연구팀은 폴리에스터 섬유에 니켈을 도금한 뒤 이차전지의 양극에 리튬인산철산화물을, 음극에는 리튬티타늄산화물을 얇게 발라 유연한 집전체를 개발했다.
알루미늄과 구리를 기반으로 하는 기존 배터리 집전체는 몇 번만 접어도 부러졌지만, 이번에 개발된 집전체는 섬유의 유연함을 유지할 수 있어 구부림과 접힘, 구겨짐 등이 모두 가능하다.
특히 집전체 골격으로 쓰인 3차원 섬유구조는 반복적인 움직임에도 힘을 분산시킴으로써 전극물질의 유실을 최소화하면서도 전지의 구동을 원활하게 해 5천여 차례 이상 접어도 정상적으로 작동했다.
현재는 2V의 전압과 85mAh의 용량을 나타냈으며, 이는 추가적인 최적화 과정을 통해 맞춤형 디자인을 할 수 있어 다양한 웨어러블 응용 분야에 적용될 수 있다고 연구팀은 설명했다.
더욱이 이번 배터리 제조기술은 현재의 양산 제조공정을 그대로 활용할 수 있어 생산라인의 재투자 없이 바로 적용할 수 있는 장점도 있다.
연구팀은 이번 기술에 유기태양전지 기술을 적용해 옷처럼 입고 구김이 가는 상태에서도 태양광으로 충전할 수 있는 기능까지 추가했다.