다중물질 열 인발공정 이용 리튬이온배터리 섬유, 혁신적 에너지저장장치로 응용 가능
[대학저널 백두산 기자] 경희대학교(총장 한균태)는 이정태(사진) 식물환경신소재공학과 교수와 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 요엘 핑크(Yoel Fink) 교수 공동 연구팀이 다중물질 열 인발공정을 이용해 세계 최장 140m 길이의 1차원 리튬이온배터리 섬유를 개발했다고 21일 밝혔다.
또한 이 섬유를 직물제조기기로 2차원의 다기능성 직물과 여기에 더해 3D 프린터를 사용해 3차원의 배터리 제작에 성공했다. 이에 따라 사각형이나 실린더 형태를 벗어난 자유롭고 혁신적인 모습의 에너지 저장 장치를 만들 수 있다.
연구팀은 이번 연구에서 ‘열 가역성 젤’과 ‘열 인발공정’을 이용했다. 열 가역성 젤은 상온에서는 유동성이 없지만, 열을 가하면 유동성이 생긴다. 배터리 전극과 전해질을 열 가역성 젤로 디자인하고, 이를 열 인발공정으로 섬유의 직경보다 수십 배 큰 프리폼을 만든 뒤, 구조를 유지한 상태에서 종회비(Aspect Ratio)를 바꿔 세계 최장의 리튬이온배터리 섬유를 개발했다. 이 섬유의 길이는 140m이고 수 킬로미터(㎞)까지 늘일 수 있다. 길이가 길어져도 전기화학 성능을 잘 유지했다.
연구팀은 섬유 제작에서 나아가 활용법도 제시했다. 연구팀은 개발한 리튬이온배터리 섬유를 직물제조기로 대형 에너지저장직물로 제작했다. 이 직물을 3D 프린터를 활용해 네잎클로버 형태의 드론 동체 일부를 3차원 배터리로 제작했다. 이런 방식을 활용하면 컴퓨터만이 아니라 다양한 형태의 3차원 전자기기를 만들 수 있을 전망이다.
이정태 교수는 “이번 연구는 세계 최초로 열 인발공정을 활용해 리튬이온배터리 섬유를 개발했다는 점과 세계 최장의 구동 가능한 섬유 배터리를 제작한 점에 의의가 있다”면서 “1차원의 리튬이온배터리는 2차원과 3차원의 에너지 저장 디바이스로 손쉽게 변환할 수 있다. 에너지 저장 소자를 우리가 원하는 길이와 형태로 자유롭게 만들 수 있어, 다양한 분야에 파격적으로 활용 가능한 기술이다”고 연구의 의의를 밝혔다.
이어 “향후에도 MIT와 함께 차세대 전극 소재를 도입한 섬유에너지저장소자를 공동 연구할 계획이다”면서 “경희대 학생들과 함께 새로운 아이디어를 발전시켜 과학기술발전에 기여할 수 있는 연구를 수행해 나가겠다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 신진 연구자 지원사업으로 수행됐다. 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘머티리얼즈 투데이(Materials Today, IM 31.041)’의 온라인판에 12월 20일 게재됐다.
[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
