[대학저널 황혜원 기자] 고려대학교(총장 정진택) 전기전자공학부 김도현 연구교수(제1저자/교신저자)와 김규태 교수(공동교신저자) 연구팀이 종이처럼 구겨지고 동시에 장기간 보존이 가능한 신개념 예비전지(reserve battery) 개발에 성공했다.
웨어러블 및 폴더블 디바이스의 등장으로 전력생산을 담당하는 전지 또한 유연성이 필요한 상황을 맞이했다. 사회 변화에 따라 플렉서블 전지에 대한 연구가 많이 이뤄져왔지만, 대부분은 리튬-이온 전지에 집중돼 있었다. 리튬-이온 전지는 오랜 시간 사용하지 않을 경우 자연방전 현상이 나타난다. 따라서 사용빈도가 적은 기기에 리튬-이온 전지를 충전해 장착시킨 후, 오랜 시간 방치해 두면 사용할 수 없게 된다.
예비전지는 평상시에는 활성화되지 않다가 필요할 때 전지에 전해액을 주입해 즉시 전기를 생산하는 전지를 말한다. 기존의 전지들에서 발생하는 자연방전 현상을 피할 수 있도록 하는 것이다. 그럼에도 불구하고 형태는 여전히 전형적인 전지의 구조에 머물러 있어 플렉서블 및 폴더블 형태로 만드는 것은 오랜 과제로 남아 있었다.
이번 연구팀이 개발한 전지는 음극으로 알루미늄 금속을 사용하고, 양극으로는 탄소나노튜브와 셀룰로스(cellulose)로 이루어진 종이전극(paper electrode)을 사용한다.
전지의 표면에 있는 구멍을 통해서 전해액을 주입해 전지를 활성화 시키면 전지는 공기를 연료로 사용해 음극으로 사용되는 알루미늄 금속을 수산화 알루미늄으로 바꾼다. 이 과정에서 발생하는 전자를 이용해서 전기를 생산하게 된다.
주입하는 전해액의 종류에 따라서 다양한 전압이 생성되며, 바닷물을 주입해도 안정적으로 전력을 생성하는 특성을 확인할 수 있었다. 특히 전지를 종이처럼 구겼을 때도 원래 상태와 똑같이 안정적으로 전기를 생산하는 특성을 확인했다. 추후, 플렉서블 기기의 전력원뿐만 아니라 해상구조용, 군용 및 재난용 비상전원으로써의 활용이 기대되는 부분이다.
한편 연구팀이 개발한 신개념 예비전지는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC) 홈페이지(Journals Highlights)에 ‘Giving longer life to wearable batteries’라는 제목으로 소개됐다.
Journals Highlights는 왕립화학회에서 발행하는 저널에 실린 논문들 중에서 출판부에서 선정한 논문을 소개하는 기사로, 고려대의 과학자들이 유연성과 장기 보존 능력을 동시에 해결하는 신개념의 예비전지를 개발했다고 소개하면서 이번 연구(논문명:Foldable water-activated reserve battery with diverse voltages)의 의미를 평가했다.
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