신축성 있는 리튬이온 배터리 개발했다

캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 연구팀이 리튬이온 배터리에 신축성을 부여하는 연구를 진행했다. 새롭게 개발된 리튬이온 배터리는 신축성과 비틀림에 견디는 것 뿐 아니라 자가 수리도 가능하다고 한다.

스마트폰, 게임기, 로봇 청소기 등 온갖 전자기기에 재충전 가능한 리튬이온 배터리가 탑재되어 있지만 리튬이온 배터리 대부분은 습기를 방지하고 유독하고 가연성인 전해액이 누출되는 걸 막기 위해 단단한 패키지에 밀봉되어 있다. 이런 리튬이온 배터리를 부드러운 패키지로 포장하는 연구가 진행되고 있다.

선행 연구에서는 전해질에 하이드로겔을 사용한 신축성 배터리가 개발됐다. 하이드로겔 전해질은 습기에 강하고 단단한 재료를 사용하지 않아도 밀봉할 수 있기 때문에 신축성을 갖출 수 있다. 하지만 지금까지 개발된 하이드로겔 전해질 리튬이온 배터리는 비교적 낮은 전압에서만 안정적인 것이 많았고 유독하고 비싼 불소 화합물에 의존하는 것도 있었다.

이번에 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 연구팀은 불소를 포함하지 않는 리튬염을 사용한 수분이 적은 하이드로겔 전해질을 설계하여 높은 신축성과 이온 전도성을 갖춘 수성 하이드로겔 리튬이온 배터리를 개발했다.

새로운 리튬이온 배터리는 신축성과 비틀림에 견디는 것 뿐 아니라 가역적인 수소 결합으로 인해 바늘로 찔리거나 면도칼로 반으로 잘려도 자가 수리해 장치에 계속 전력을 공급할 수 있는 게 특징.

또 새로운 리튬이온 배터리는 3.11V까지 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 지금까지의 하이드로겔 배터리는 1.23V까지만 안정적이었기 때문에 큰 진전이라고 할 수 있다. 또 1개월 동안 500회 충방전을 반복해도 안정적으로 작동하며 받은 전하 평균 95%를 방전할 수 있다고 한다.

연구팀은 이번 배터리를 스마트워치 손목밴드에 내장해 손목시계 배터리 용량을 2배로 늘릴 수 있고 일주일에 한 번 또는 그 이하 충전으로 충분할 수 있을 것이라고 말했다. 연구팀에 따르면 이번에 개발한 배터리 에너지 밀도는 시판되고 있는 리튬이온 배터리 10분의 1 정도에 불과하지만 앞으로 에너지 밀도가 더욱 향상될 것으로 기대된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.