1m 섬유 배터리 개발…1만번 굽혀도 용량 약 90% 유지

800회 충·방전 후 초기 용량 85% 유지

휴머노이드 로봇·스마트 의류 활용 기대

한국과학기술연구원은 전북분원 초물성전도소재연구센터 김남동·정현수 박사 연구팀이 전북대학교, 카이스트, 강원대학교와 공동으로 섬유형 아연전지의 수명을 늘리고 생산 길이를 확장하는 데 성공했다고 28일 밝혔다. ⓒ한국과학기술연구원

길이 1m의 섬유형 배터리를 1만번 구부려도 초기 용량의 89.8%를 유지하는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 초물성전도소재연구센터 김남동·정현수 박사 연구팀이 전북대학교, 카이스트(KAIST), 강원대학교와 공동으로 섬유형 아연전지의 수명을 늘리고 생산 길이를 확장하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 기존 10㎝ 내외에 머물던 섬유형 아연전지를 1m 길이로 제작했다. 1만회 반복 굽힘 시험에서도 초기 용량의 89.8%를 유지했으며, 800회 충·방전 후에는 85%의 용량 유지율을 기록했다.

섬유형 아연전지는 물 기반 전해질을 사용해 화재와 폭발 위험이 낮다. 하지만 충·방전 과정에서 전극 표면에 나뭇가지 모양의 결정인 '덴드라이트'가 자라면서 성능이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 탄소나노튜브를 촘촘하게 배열하고 표면에 산소 기능기를 도입해 아연이 고르게 쌓이도록 만들었다. 덴드라이트 성장뿐 아니라 수소 발생과 부식도 억제할 수 있는 구조다.

생산 공정도 개선했다. 섬유 공급부터 아연 도금, 세척, 건조, 권취까지 하나의 장치에서 연속으로 처리해 길이가 긴 전극을 균일하게 만들 수 있도록 했다.

이번 기술은 스마트 의류와 웨어러블 센서, 전자피부 등에 활용할 수 있다. 향후 생산 속도와 내구성을 높이면 휴머노이드 로봇의 관절이나 프레임 내부처럼 배터리를 넣기 어려운 공간에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 지난 7월 2일 온라인 게재됐다.

김정길 전북대 이차전지공학과 교수는 "향후 연속 생산 공정기술을 고도화해 웨어러블 전자기기뿐 아니라 피지컬 AI 기기의 형태와 공간에 최적화된 전원 기술로 발전시키겠다"고 말했다.