사물인터넷(IoT)·웨어러블 기기 소자 발전에 핵심 역할을 할 3D 프린팅용 전지 소재가 개발됐다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 최영민·김태호 박사팀과 정선호 경희대 교수팀이 3D 프린팅이 가능한 전극이중층 슈퍼커패시터(EDLC) 전지 집전체 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.
IoT나 웨어러블 기기에 쓰이는 소자는 크기가 작고 다양한 형태를 지닌다. 당연히 여기에 들어가는 이차전지도 정형화되지 않는다. 정교한 형태 구현이 필요하다. EDLC 전지는 구조가 단순하고 수명이 길어 첨단 기기 에너지원으로 적합하다. 현재도 일부 자동차 및 스마트폰, 카메라 등에 쓰이고 있다.
3D 프린팅용 전극과 전해질 소재는 그동안 연구가 활발히 진행돼 왔지만 집전체는 아니었다. 비싼 금을 표면에 증착하는 공정, 빛으로 회로를 만드는 리소그래피만 적용할 수 있었다. 탄소나노튜브나 은나노섬유로 집전체 소재가 개발된 적은 있지만 성능에 한계가 있었다.
연구팀은 나노미터(㎚)와 마이크로미터(㎛) 사이즈 니켈(Ni) 입자, 소량의 고분자 소재(PVP)등을 혼합해 전기전도성과 고전압 안정성 모두 높은 3D 프린팅용 금속 잉크 소재를 개발했다.
이 소재는 프린팅 후 극히 짧은 순간 빛을 쪼이면 니켈 입자들이 서로 연결되며 전기전도성이 극대화된다. 니켈 입자가 다른 입자로부터 전자를 받는 환원반응이 일어나 표면에 전도성 보호층이 생긴다. 이 보호층 덕분에 EDLC 전지의 최고전압(3V) 조건에서도 안정성을 오래 유지하는 것으로 나타났다. 개발 소재가 적용된 마이크로 슈퍼커패시터 소자는 에너지 밀도가 높다. 한번 충전했을 때 쓸 수 있는 지속 기간도 길다.
최영민·김태호 박사는 “슈퍼커패시터를 넘어 고전압, 고전도성이 요구되는 다양한 이차전지에도 폭넓게 적용될 수 있는 인쇄용 금속 소재 기술을 개발했다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
