김병수 교수 연구팀, 고무줄처럼 늘어나는 전도체 개발

미래 스트레처블 배터리 기술에 적용

김병수 교수(화학과), 박수진 교수(포항공과대학교), 니콜라스 코토브 교수(Nicholas Kotov, 미시간대학교) 공동연구팀이 유연하고 신축성 있는 전도체 및 배터리를 개발했다.

기존의 연신성 전극은 탄성이 있는 신축성 소재를 기판으로 하고 그 위에 전도성 물질을 도포하여 신축성을 확보하는 방법이 주로 사용됐다. 하지만 이 방법은 복잡한 제조 공정이 필요할 뿐만 아니라, 기판이 주름지거나 표면 위에만 전도성이 있는 한계가 있었다.

공동연구팀은 기존 연신성 전극이 갖는 한계를 극복하고자 신축성 고분자와 전도성 물질의 혼합 조성비를 조절하여 신축성과 전도성이 우수한 복합체를 제조했다. 뿐만 아니라 진공 탈수 방식으로 마이크로 단위의 계층 수 조절을 통해 수평 방향과 더불어 수직 방향으로도 전도성을 갖는 완전 전도체를 개발했다.

제1저자로 참여한 구민수 박사

제1저자로 이번 연구를 주도한 구민수 박사는 “기존에 보고된 신축성 전극의 경우 재현성이 부족하고 높은 저항값 때문에 실용적이지 못했다.”며 “이번에 개발된 다층구조의 고분자복합체 전극의 경우 누구나 쉽게 따라서 만들 수 있고, 층수 및 조성비에 따라 금속 수준의 낮은 저항값과 함께 물리적 성질도 조절할 수 있었다.”고 설명했다.

또한 제1저자로 참여한 송우진 박사는 “개발된 신축성 전도체를 수계 전해질 기반 리튬 이차전지의 집전체로 사용한 결과 물리적인 변형에서도 우수한 안정성을 확보한 스트레처블 배터리를 개발할 수 있었다.”며 휘어지는 플렉서블 배터리를 넘어 동시에 늘어날 수도 있는 스트레처블 배터리의 실현 가능성을 증명했다.

연구를 주도한 김병수 교수

김병수 교수는 “이 연구는 기존 연신성 전극과 달리 연신성과 전기적 전도 방향성에 제약을 받지 않기 때문에 다양한 응용분야의 용도에 맞게 정교히 조절이 가능하다.”라고 연구의 의의를 설명했다. 

또한 박수진 교수는 “향후 배터리 집전체뿐만 아니라 미래의 신축성 디스플레이 및 전자 기기 등의 다양한 부분에 응용이 가능할 것으로 기대된다.”고 평가했다.

한편, 이번 연구 성과는 미국과학진흥회(AAAS)에서 발행하는 종합과학(Multidisciplinary Sciences) 분야의 세계적 권위지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 7월 26일 게재됐다. 이번 연구에는 UNIST 김성엽 교수와 신태주 연구지원본부장도 참여했다. 연구 진행은 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구, 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행됐다.