충남대 공동연구팀, 고에너지 유연 리튬금속전지 개발

국내 연구진에 의해 에너지 밀도와 유연성을 모두 확보한 전지가 개발됐다.

충남대학교는 최근 울산과학기술원(UNIST), 한국전자기술연구원(KETI)과 공동연구팀을 구성해 차세대 웨어러블 전자 장치에 활용할 수 있는 고에너지 밀도의 유연 리튬금속전지를 개발했다고 5일 밝혔다.

웨어러블 전자 기기는 신체에 밀착하기 때문에 반복적인 기계적 변형에도 성능을 유지하기 위해 높은 유연성이 요구된다.

그러나 전자 장치 자체의 성능을 위해 에너지 밀도를 높이면 강한 에너지 흐름으로 유연성이 저하되는 문제점이 존재했다.

특히 리튬금속전지는 리튬 필름 특성상 기계적 변형에 약해 유연한 전극으로 만들기 어려웠다.

이에 공동 연구진은 스프레이 코팅 공정을 기반으로 탄소 나노 튜브와 PET 마이크로 섬유를 활용해 한계를 극복하고 나노·마이크로 섬유 복합 전극을 개발했다.

나노 코팅된 리튬금속전지 유연성 테스트 [충남대학교 제공]

표면 처리 기법을 통해 나노 튜브가 균일하게 코팅된 PET 마이크로 섬유는 기계적 내구성이 높으면서도 에너지 밀도를 높게 유지할 수 있었다.

이를 통해 개발한 파우치 타입의 리튬금속전지는 500여 번의 반복 구부림 동작 후에도 97.1%의 용량을 보존했다.

특히 에너지 밀도는 킬로그램 당 300.1Wh(와트시)로, 이는 중국산 LFP 배터리의 약 2배에 달하고 국산 고급 NCA·NCM 양극재와 비슷한 수준이다.

충남대학교 송우진 교수는 "앞으로도 차세대 웨어러블 전자 장치가 필요한 산업의 성장을 위해 유연한 에너지 저장 장치를 개발하는 데 기여하겠다"라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 'Advanced Functional Materials'에 실렸다.