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[IT뉴스]배터리 음극 '섬유처럼' 뽑는다…"웨어러블 기기에 활용 전망"

온카뱅크관리자

2026-10-29 12:17:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KIST 
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 섬유형 배터리를 길게 생산할 기술이 개발됐다. 챗GPT 생성 이미지
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 실처럼 자유롭게 휘어지는 섬유형 배터리의 음극을 수 미터 수준으로 대량생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 개발한 음극은 유연성과 내구성이 뛰어나 웨어러블 전자기기와 로봇의 배터리로 활용될 것으로 기대된다.
 한국과학기술연구원(KIST)은 김남동·정현수 초물성전도소재연구센터 책임연구원이 김정규 전북대 교수, 이진우 KAIST 교수, 임형규 강원대 교수 공동연구팀과 함께 섬유형 배터리에 활용되는 아연 음극을 미터급으로 연속생산하는 기술을 개발하고 연구결과를 7월 2일 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'에 발표했다고 29일 밝혔다. 
 섬유형 배터리는 기존 배터리 구조를 실처럼 길게 늘인 형태로 배터리의 구성 요소인 전극과 전해질 등도 가늘고 길게 제작해야 한다. 
 섬유형 배터리의 소재로는 전기전도성이 우수하면서 강도가 세고 유연성이 높은 '탄소나노튜브 섬유'가 주목받고 있다. 탄소나노튜브는 표면적이 작고 전기화학적 활성도가 낮아 배터리에서 전하를 전달하는 아연 이온이 안정적으로 달라붙을 수 있는 '산소 기능기'를 겉에 결합시켜 사용한다. 
 탄소나노튜브 섬유를 활용한 섬유형 배터리는 산소기능기를 결합시키는 공정이 추가돼 제조 비용이 많이 들고 산소기능기가 쉽게 분리된다는 한계가 있다.  
 물에 녹인 전해질인 '수계전해질'을 이용하면 화재와 폭발 위험이 낮지만 충전과 방전 과정에서 음극 표면에 나뭇가지 모양의 결정인 '덴드라이트'가 성장해 배터리의 효율과 수명이 저하된다. 
 이런 단점 때문에 섬유형 배터리의 길이는 대체로 10cm 내외에 머물러 실제 전자기기에 적용하기 어려웠다. 
 연구팀은 산소기능기를 결합시킨 탄소나노튜브를 고밀도로 집적해 복합 섬유 음극을 구현했다. 집적된 나노튜브 사이에 있는 미세한 굴곡 구조에 아연이 안정적으로 결합해 음극이 쉽게 부식되지 않았다. 
 연구팀은 음극에서 덴드라이트가 성장하지 못하도록 금속막을 씌우는 전기도금 시스템도 자체 설계해 음극을 수 미터 단위로 연속 생산하는 데 성공했다. 이번에 개발한 음극을 적용한 섬유형 배터리는 1만 회 반복 굽힘 후에도 초기 용량의 89.8%를 유지해 뛰어난 기계적 내구성을 입증했다. 
 이번에 개발한 미터급 음극은 필요한 길이와 형태에 맞춰 절단할 수 있어 스마트 의류, 웨어러블 센서, 전자 피부 등의 전원으로 활용될 전망이다. 
 김 책임연구원은 "이번 연구는 섬유형 아연전지의 핵심 난제인 덴드라이트 성장과 제한적인 제조 길이를 소재와 공정 기술의 융합으로 동시에 해결했다는 데 의미가 있다"고 말했다.   
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/aenm.71235  
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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