사진 설명=접을 수 있는 예비전지의 상세 구조

고려대학교 공과대학(학장 김용찬) 전기전자공학부 김도현 연구교수(제1저자/교신저자)와 김규태 교수(공동교신저자) 등으로 이뤄진 연구팀이 장기간 보존이 가능한 종이처럼 구겨지는 모양의 신개념 예비전지(reserve battery) 개발에 성공했다.

예비전지는 평상시에는 활성화되어 있지 않다가 필요할 때 전지에 전해액(electrolyte)을 주입하여 즉시 전기를 생산하는 전지를 의미한다. 따라서 기존의 리튬-이온 전지들에서 발생하는 자연방전(self-discharge) 현상을 피할 수 있다.

그러나 이러한 이점에도 불구하고 그간 많은 관심을 받지 못했기 때문에 그 형태는 여전히 전형적인 전지의 구조에 머물러 있어서 플렉서블 및 폴더블 형태로 만드는 것은 오랜 과제였다.

연구팀이 개발한 전지는 음극으로 알루미늄 금속을 사용하고, 양극으로는 탄소나노튜브와 셀룰로스(cellulose)로 이루어진 종이전극(paper electrode)을 사용한다.

여기에 전지의 표면에 있는 구멍을 통해서 전해액을 주입하여 전지를 활성화하면, 전지는 공기를 연료로 사용하여 음극으로 사용되는 알루미늄 금속을 수산화 알루미늄으로 바꾼다.

그리고 그 과정에서 발생하는 전자를 이용해서 전기를 생산하게 되는데, 주입하는 전해액의 종류에 따라서 다양한 전압이 생성되기 때문에 바닷물을 주입해도 안정적으로 전력을 생성하는 특성을 확인할 수 있었다.

무엇보다 전지를 종이처럼 구겼을 때도 원래 상태와 똑같이 안정적으로 전기를 생산하는 특성이 있어서 향후 플렉서블 기기의 전력원은 물론 해상구조용, 군용 및 재난용 비상전원으로 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

한편, 이번 개발된 신개념 예비전지는 지난 6월 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC) 홈페이지 Journals Highlights 부분에 ‘Giving longer life to wearable batteries’ 라는 제목으로 게재돼 주목을 받았다.

영국 왕립화학회 Journals Highlights는 왕립화학회에서 발행하는 저널에 실린 논문들 중에서 출판부에서 선정한 논문을 소개하는 기사로, 이번 연구에 대해서 “대한민국 고려대학교의 과학자들이 유연성과 장기 보존 능력을 동시에 해결하는 신개념의 예비전지를 개발했다”라고 평가했다.  / 공과대학신문