어떤 형태로든 변형 가능한 유체 배터리

린셰핑 대학교 연구진은 유체 형태의 전극을 사용하여 어떤 형태로든 변형 가능한 배터리를 개발했습니다. 이 부드럽고 유연한 배터리는 완전히 새로운 방식으로 미래 기술에 통합될 수 있습니다. 이 연구는 Science Advances 저널에 게재되었습니다.

"이 소재는 치약과 비슷한 질감을 가지고 있습니다. 예를 들어, 이 소재를 3D 프린터에 넣어 원하는 모양으로 배터리를 만들 수 있습니다. 이는 새로운 유형의 기술을 가능하게 합니다."라고 린셰핑 대학교 조교수인 아이만 라흐마누딘은 말합니다.

10년 후에는 1조 개가 넘는 기기가 인터넷에 연결될 것으로 추산됩니다. 휴대폰, 스마트워치, 컴퓨터와 같은 기존 기술 외에도 인슐린 펌프, 심박 조율기, 보청기, 다양한 건강 모니터링 센서와 같은 웨어러블 의료 기기가 인터넷에 연결될 수 있으며, 장기적으로는 소프트 로봇, 전자 섬유, 커넥티드 신경 임플란트 등이 인터넷에 연결될 수 있습니다.

이러한 모든 가젯이 사용자에게 방해가 되지 않는 방식으로 작동하려면 새로운 유형의 배터리를 개발해야 합니다.

"배터리는 모든 전자 제품에서 가장 큰 구성 요소입니다. 오늘날 배터리는 단단하고 상당히 부피가 큽니다. 하지만 부드럽고 편안한 배터리는 디자인 제약이 없습니다. 완전히 다른 방식으로 전자 제품에 통합되어 사용자에 맞게 조정할 수 있습니다."라고 아이만 라마누딘은 말합니다.

그는 LOE 유기전자연구소 동료들과 함께 부드럽고 가단성이 뛰어난 배터리를 개발했습니다. 핵심은 전극을 고체에서 액체로 변환하는 새로운 접근 방식이었습니다.

부드럽고 신축성 있는 배터리를 제조 하려는 이전 시도는 펼칠 수 있는 고무 복합 소재나 서로 미끄러지는 연결부 등 다양한 기계적 기능을 기반으로 했습니다. 하지만 이는 문제의 핵심을 해결하지 못합니다. 대용량 배터리는 용량이 더 크지만, 활성 물질이 많을수록 전극이 두꺼워지고 강성이 높아집니다.

아이만 라흐마누딘은 "우리는 여기서 그 문제를 해결했고, 용량이 경직성과 무관하다는 것을 처음으로 보여주었습니다."라고 말했습니다.

유체 전극은 과거에도 시험되었지만 큰 성과를 거두지 못했습니다. 당시에는 갈륨과 같은 액체 금속이 사용되었습니다. 하지만 이 물질은 양극으로만 기능할 수 있었고, 충전과 방전 과정에서 고체화되어 유체 특성을 잃을 위험이 있었습니다. 또한, 이전에 개발된 신축성 배터리 중 상당수는 채굴 및 가공 과정에서 심각한 환경 영향을 미치는 희귀 물질을 사용했습니다.

노르셰핑 류팅엔 캠퍼스 연구진은 전도성 플라스틱(공액 고분자)과 종이 생산 과정에서 발생하는 부산물인 리그닌을 기반으로 소프트 배터리를 개발했습니다. 이 배터리는 500회 이상 충전 및 방전이 가능하면서도 성능을 유지합니다. 또한, 길이를 두 배로 늘려도 동일한 성능을 유지합니다.

"배터리 재료가 공액 고분자와 리그닌이기 때문에 원료가 풍부합니다. 리그닌과 같은 부산물을 배터리 소재와 같은 고부가가치 상품으로 재활용함으로써 더욱 순환적인 모델에 기여합니다. 따라서 지속 가능한 대안입니다."라고 LOE의 박사후 연구원이자 Science Advances 에 게재된 이 논문의 주저자 중 한 명인 모센 모하마디는 말합니다.

다음 단계는 배터리의 전압을 높이는 것입니다. 아이만 라흐마누딘에 따르면, 현재로서는 극복해야 할 몇 가지 한계가 있습니다.

"배터리는 완벽하지 않습니다. 개념 자체는 작동한다는 것을 입증했지만 성능은 개선되어야 합니다. 전압은 현재 0.9볼트입니다. 따라서 이제 다른 화합물을 사용하여 전압을 높이는 방안을 검토할 것입니다. 현재 연구 중인 한 가지 방법은 지각에 흔히 존재하는 두 가지 금속인 아연이나 망간을 사용하는 것입니다."라고 아이만 라흐마누딘은 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250411175441.htm