액체금속-폴리머 기반 자유 형상 변형 가능한 이차전지 최초 개발 

물리·재료과학 분야 최고 수준의 학술지 「Advanced Functional Materials」 게재

동국대 물리반도체과학부 양우철 교수와 유계성 교수, KIST 이중기 교수가 이끄는 연구팀이 상온 이하에서 액체상태로 존재하는 갈륨/인듐 공융화합물 기반의 액체금속 전극 소재를 통해 영하의 온도에서도 우수한 성능을 유지하며 다양한 형태로 변형 가능한 유연 액체금속-폴리머 이차전지를 개발했다.

기존의 전지는 유연한 특성을 가진 얇은 와이어, 시트 혹은 전극층을 직물 구조로 엮어서 만든 형태로 유연성과 신축성 확보에 한계가 있다. 또한, 충/방전에 따른 수지상(덴드라이트) 형성에 의한 불안정성 및 성능저하, 200oC 이상의 고온 작동 등의 문제점을 가지고 있다.  

이를 보완하기 위해 연구팀은 영하 이하 온도에서도 우수한 성능을 유지하며, 유연성과 고신축성을 가진 섬유와 시트, 고무공 형태의 이차전지를 세계 최초로 구현했다. 이번에 개발된 액체금속 기반 형상 변형 유연 이차전지는 기존의 금속 기반 유연전지와 다른 새로운 개념의 이차전지 시스템이다. 웨어러블 전자기기에서 요구하는 유연성 및 형태 변형의 조건을 충족, 다양한 형태의 웨어러블 전자기기의 전력 공급장치로 제작이 가능하게 됐다. 

양우철 교수는 “1차원의 섬유 형태, 2차원의 시트 형태로 제작한 이차전지는 머리카락, 피부에 부착할 수 있다. 직조에 의한 옷감 형태로 제작한다면 웨어러블 전원장치로 활용도 가능하다. 차세대 웨어러블 소자나 IoT 기기 등과 집적화 및 탈부착이 가능한 웨어러블 에너지 소자로 활용이 기대된다”고 설명했다. 이어 “영하 이하에서 고온까지 광범위한 온도에서 작동하는 형상 변형 이차전지는 극한 상황에서 작동하는 생체 모방 소프트 로봇의 에너지 전원장치로 활용도 가능할 것”이라며 기대감을 나타냈다.

한편, 이번 연구결과는 물리·재료과학 분야 최고 수준의 학술지 「Advanced Functional Materials(IF=18.808, JCR 상위 4.341%)」 12월호에 게재됐다.