[과학의 달인] "붙였다 뗐다" 스티커처럼 활용하는 배터리…한국에너지기술연구원 윤하나... / YTN 사이언스

■ 윤하나 / 한국에너지기술연구원 책임연구원
[앵커]
휴대전화부터 전기차까지 배터리는 다양한 전자기기에 사용되고 있습니다. 최근엔 플렉서블 웨어러블 기기가 등장하면서 휘어지는 배터리도 나오고 있는데요. 이런 가운데, 스티커처럼 탈부착이 가능한 배터리를 개발한 분이 있습니다.
오늘 (과학의 달인)에서는 배터리의 두껍고 딱딱하다는 편견을 깬 한국에너지기술연구원 변환저장소재연구실 윤하나 책임연구원을 만나봅니다. 어서 오세요.
우리는 전자기기에 둘러싸여 산다고 해도 과언이 아니죠. 그 많은 전자기기에 배터리가 들어있는데, 보통 휴대폰, 노트북과 같은 전자기기에는 어떤 배터리가 들어있나요?
[인터뷰]
휴대용 전자기기에 사용되는 것은 주로 2차전지입니다. 1차전지와 2차전지의 차이점을 간단히 설명해 드리자면, 1차전지는 시계나 리모컨 등에 사용되는 배터리로 한 번 사용하면 재사용이 불가합니다. 하지만 2차전지는 1차전지와 달리 방전 후에도 다시 충전해 반복 사용이 가능합니다.
2차전지의 종류로는 납축전지와 리튬이온전지가 있는데요. 납축전지는 납과 황산의 전기화학반응을 이용하는 2차전지로 다른 전지에 비해 경제적이지만 용량에 비해 무겁고 납을 사용하기 때문에 환경오염의 문제가 있습니다.
그래서 배터리 수명이 길고, 카드뮴이나 납 등 환경 규제 물질을 포함하지 않은 리튬이온전지를 많이 사용하는데요. 타 금속 이온보다 가볍고 고용량의 전지를 만드는 데 유리해 휴대용 전자기기는 물론 전기차나 로봇 등에 많이 사용되고 있습니다.
[앵커]
리튬이온전지는 휴대용 전자기기는 물론, 전기차나 로봇 같은 정말 다양한 분야에 사용되고 있는 거군요.
그런데 요즘에는 휘어지거나 몸에 착용하는 기기도 많이 나오고 있잖아요. 그런데 리튬이온 전지는 이런 기기에 적용하는데, 많은 어려움이 있다고 들었습니다.
[인터뷰]
네, 맞습니다. 차세대 플렉서블·웨어러블 기기는 유연하게 변형도 가능해야 하고, 이를 견딜 수 있는 내구성 역시 필요합니다. 게다가 오랜 시간 작동도 가능해야 하는데요. 리튬이온전지는 보통 원통이나 각형, 파우치형 등으로 형태가 정해져 있습니다.
그러면 구부리는 게 쉽지 않았고, 또 구부리다 보면 액체 상태인 전해질이 새어 나올 수 있는데, 그럼 불이 날 위험이 있습니다. 그래서 몸에 착용하는 웨어러블 기기나 휘어지는 기기에는 사용하는 데 어려움이 있었습니다.
[앵커]
리튬이온전지는 가볍고 용량이 크다는 장점이 있지만, 모양을 바꾸기 어렵고 화재 위험도 있다는 말인데요. 몸에 착용하는 기기에 들어가려면 무엇보다 안전이 중요한데, 이 문제를 어떻게 해결하셨나요?
[인터뷰]
다양한 기기에 사용되기 위해 가장 중요한 특성이 바로 소형화와 유연성이죠. 이러한 조건을 충족한 차세대 에너지 저장장치로 슈퍼커패시터가 많은 관심을 받고 있습니다. 리튬이온전지의 약 10배가 되는 높은 출력밀도를 갖고 있고, 안정성은 물론 빠르게 충전할 수 있는 장점이 있는데요.
하지만 무게당 에너지밀도가 리튬이온전지의 10분의 1수준으로 낮아 현재까지는 제한적인 응용 분야에만 사용됐습니다. 그래서 저희는 극초단 레이저 공정 기술을 응용해 마이크로 슈퍼커패시터를 개발하게 되었습니다. 여러 가지 다양한 형태와 변형에서도 에너지 보유 성능이 유지되고, 전력 밀도를 향상할 수 있었습니다.
[앵커]
기존의 '슈퍼커패시터'는 무게당 에너지 밀도가 낮다는 문제점을 가지고 있었고, 이 문제를 개선해서 만든 것이 '마이크로 슈퍼커패시터'라는 말씀이신 거죠? 어...
[YTN 사이언스 기사원문] science.ytn.co...