KIST, 반 고체형 겔 전해질 개발로 배터리 소재 인쇄
한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사팀이 서울대 화학부 임종우 교수와의 공동연구를 통해 가벼우면서 디자인 자유도가 높고, 개인화된 작은 기기에도 도입할 수 있는 자유형상 리튬이온전지를 개발했다고 밝혔다.
연구 배경
사물화 인터넷 (IoT) 기술이 급속도로 발전됨에 따라 개인화된 작은 소자에도 전원 공급이 가능한 자유형상 리튬 이온 배터리 개발이 주목받고 있다. 하지만 기존의 리튬 이온 배터리의 경우 정형화 디자인을 가지며, 무거운 금속 성분, 그리고 액체 전해질 사용 등으로 인한 재료적 한계로 디자인 자유도가 높고, 어디에나 위치할 수 있으며, 가벼운 배터리를 제작하는데 한계가 있었다.
이에 따라 에너지밀도가 높고, 가볍고, 어떠한 기기에도 맞춤 대응 가능한 자유형상 리튬이온전지의 개발이 필요하다.
연구 내용
연구에서는 집전지부터 패키징까지의 모든 배터리 소재를 3D 프린팅 공법을 이용하여 자유롭게 그린 리튬이온전지를 제작하였다. 3D 프린팅으로 배터리를 제작하기 위해서는 성능이 우수하고, 고해상도로 안정적인 패턴 형성이 가능한 배터리 소재 잉크 개발이 필수적이다.
이를 위해, 1) 기존의 액체 전해질을 대신하여 안정적인 프린팅을 통해 고해상도 패턴 형성이 가능하며, 이온전도도가 높은 반고체형 겔 전해질을 개발하고 2) 기존의 무거운 금속 집전지 성분과 패키징 성분을 대체하기 위해 가벼우며 전기 전도성이 높은 금속 나노 입자 잉크와 고분자 잉크를 도입하였다.
이를 통해, 배터리에 필요한 모든 소재를 3D 프린팅으로 그려 제작할 수 있었고, 기존 배터리가 적용될 수 없는 공간이나 형태에 제약 없이 집적화 되어 사용될 수 있음을 검증하였다. 3D 프린팅 리튬이온전지는 기존의 배터리가 적용되기 어려운 사물화 인터넷, 의료 삽입형 기기, 생체 로봇 분야 부분에 에너지원으로 사용될 것으로 기대된다.
기대효과
초소형 웨어러블 디바이스, 개인 맞춤형 IoT 디바이스 등에 맞춤 대응 가능한 리튬이온전지를 개발할 수 있다. 또한 웨어러블 및 생체 의료기기, 소프트 로봇 분야의 에너지원으로서 해당 분야의 상용화 촉진 및 높은 산업적/경제적 파급 효과를 기대할 수 있다.
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