디스플레이를 접어서 쓰는 ‘폴더블 폰’ 출시가 다가온 가운데 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 접을 수 있는 ‘폴더블 배터리’ 기술을 개발했다. UNIST 에너지 및 화학공학부 송현곤·박수진 교수팀은 접어도 성능이 유지되는 리튬이온배터리를 제작하는 전극 물질과 구조를 개발해 재료 분야 유명저널 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 최신호에 게재했다. 이 연구는 기술 혁신성을 인정받아 2월호 표지 논문으로도 선정됐다.

폴더블 배터리는 전극을 구겨도 일반적인 알루미늄 전극과 달리 전압에 변화가 없다.

새로 개발한 ‘폴더블 리튬이온배터리’는 1000번을 접고 펴도 물리적·전기적 특성을 유지했다. 어떤 각도로 접어도 배터리 용량이 달라지지 않았고, 반으로 접어도 안정적으로 작동했고, 망치로 두드리거나 구겨도 LED 전구를 켜는 데 문제가 없었다. 종전 딱딱한 전극 물질을 유연한 재료로 바꾸면서 구조를 새로 제안한 덕분이다.

리튬이온배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 충전과 방전을 반복하는 이차 전지다. 이들 전극은 리튬이온이 포함된 ‘활물질(active material)’과 활물질에 전자를 전해주는 ‘집전체’, 둘을 이어주는 ‘도전제’, ‘바인더’ 등 네 가지로 이뤄진다. 활물질과 도전제, 바인더는 가루 형태여서 이들을 알루미늄이나 구리로 된 판(foil)에 발라서 전극을 만든다. 하지만 집전체인 알루미늄이나 구리는 딱딱해서 구부리거나 접으면 전기전도성이 낮아지는 문제가 생긴다. 또 변형이 반복되면 집전체와 활물질이 분리돼 배터리 성능이 떨어지게 된다.

송 교수팀은 이를 극복하기 위해 고분자 나노 물질을 지지체로 도입했다. 콜라병을 만드는 페트를 나노섬유로 만들어 지지체로 쓴 것. 페트 메트(PET mats)는 유연한 데다 구멍을 많이 가지고 있어서 표면적이 넓다. 덕분에 같은 넓이에도 더 많은 활물질을 붙일 수 있고 배터리 용량도 크게 늘일 수 있다. 송 교수는 “이번 연구는 유연성을 가지면서 에너지 밀도를 높이는 폴더블 배터리의 가능성을 제시했다”고 말했다.

방종근 오상준 기자