한국연구재단(NRF)은 연세대학교 화학과 연구팀이 포항공과대학교, 미국 미시간대학교 연구팀과 공동으로 우수한 전도성을 지닌 유연하고 신축성 있는 전극과 배터리를 개발했다고 29일 밝혔다.
 
신축성 있는 전자기기에 쓰일 수 있는 늘어나는 전극에 대한 연구가 활발하지만 전극이 늘어나는 과정에서 전도층이 파열되면서 전도성이 떨어져 배터리의 용량 저하로 이어지는 것이 문제였다.
 
이를 극복하기 위해 기판 위에 전도층을 패턴화 시키거나 기판을 주름지게 하는 방법이 시도됐으나 공정이 복잡하고 도포된 표면에만 전기가 흐르는 한계가 있었다.
 
이번 연구팀은 고무탄성을 갖는 폴리우레탄(PU)과 전도성이 우수한 금 나노입자를 간단하게 전기적 인력을 통해 혼합하는 방식으로 금속처럼 전기가 통하면서 고무줄처럼 늘어나는 전극을 제조했다.
 
연구과정을 보면 공기청정기 필터에 먼지가 달라 붙거나 머리카락이 풍선에 달라붙는 현상 등 일상에서 목격할 수 있는 전기적 인력을 이용한 비교적 단순한 공정으로 신축성은 유지하면서 저항 값을 금속 수준으로 내렸다.
 
이어 폴리우레탄과 금나노입자의 비율이 다른 두 종류의 복합체를 번갈아 쌓아 전극의 표면에서 뿐만 아니라 위에서부터 아래까지 수직 방향으로도 전기가 흐르도록 만들었다.
 
연구결과에 의하면 개발된 신축성 전극을 리튬 이차전지에 적용해 배터리 길이가 30% 이상 늘어나는 물리적 변형에도 우수한 안정성을 나타내는 것을 확인했다.
 
연구 관계자는 “배터리 집전체 뿐 아니라 미래의 신축성 디스플레이 및 전자기기에 응용될 것으로 기대한다”고 말했다.
 
이 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단의 지원으로 수행됐고 미국과학진흥회(AAAS)에서 발행하는 저명한 학술지 ‘사이언스 어드벤시즈(Science Advances)’에 7월 26일 게재됐다.