국내 연구진이 기존 원형과 사각형 구조의 배터리 디자인을 3D 프린팅을 통해 자유자재로 구현할 수 있는 기술을 개발했다.
KAIST는 김일두 교수(신소재공학과) 연구팀은 제니퍼 루이스 미국 하버드공대 교수와 공동으로 3D 프린팅 기술을 이용해 배터리의 디자인을 원하는 모양으로 자유롭게 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다
현재 사용되는 배터리 모양은 코인셀이나 파우치셀 제작에 최적화된 원형 또는 사각형 구조다. 각기 다른 디자인을 갖는 소형 전자소자의 경우 배터리 저장장치가 부피 대부분을 차지하기 때문에 효율적인 공간 활용을 위해 배터리 형상을 자유자재로 바꾸는 기술이 필요하다.
연구팀은 리튬이온보다 안전한 아연이온을 전하 운반체로 사용하면서 물을 전해질 일부로 쓰는 물 기반의 아연 이차전지 시스템을 도입했다. 아연 이차전지는 대기 중 수분과 산소에 안정적이어서 보다 간편한 대기 공정 조건에서 제조할 수 있다. 또한 물은 플라스틱 패키징을 녹이지 않아 3D 프린터를 활용해 간편하게 패키징할 수 있다.
연구팀은 자유로운 형태로 재단할 수 있고, 고속 충방전이 가능한 양극 설계를 위해 전기화학적 활성이 높은 전도성 고분자를 탄소섬유 표면에 균일하게 입혀 '전류집전체 일체형 양극'을 제조했다. 이 양극은 2분 동안 절반 가량을 빠른 속도로 충전했으며, 물질의 손실없이 반지모양이나, 대문자 알파벳 H, U 등 다양한 형태의 배터리를 제작할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 최영민 화학연 박사 연구팀과 공동연구를 통해 소형 인체착용형 광센서 반지에 3D프린팅 배터리를 적용했다.
이 연구결과는 재료분야의 국제 학술지 'ACS 나노(12월호)'에 실렸으며, 김찬훈 KAIST 신소재공학과 박사, 안복엽 하버드대 박사가 공동 1저자로 연구에 참여했다.
김일두 교수는 "물 기반의 아연 이차전지는 대기 환경에서 배터리 패키징 조립을 할 수 있고, 3D 프린팅을 활용하면 고객 요구에 맞는 맞춤형 배터리 팩을 손쉽게 제작할 수 있다"며 "초소형 마이크로 로봇의 전력장치나 특이한 디자인의 소형 전자소자 저장장치 등에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 김 교수는 ACS 나노 부편집장에 선임돼 투고 논문의 심사여부 판단과 심사자 선정 및 게재 승인여부를 결정하는 역할을 한다. 대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
김일두 KAIST 교수 연구팀은 3D 프린팅을 이용해 물 기반의 아연 이차전지의 구조를 다양한 형태로 만들 수 있는 기술을 개발했다. KAIST 제공
