고무줄처럼 늘어나는 배터리가 개발됐다. 자유자재로 변할 수 있는 전자장치 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 신축성 디스플레이 등에 적용 가능해 관심이 쏠린다. 배터리의 고질적 전도성 저하 문제가 국내 연구팀에 의해 돌파구를 찾은 것이다.

전 세계적으로 신축성 있는 전자기기에 쓸 수 있고 늘어나는 전극에 관한 연구가 활발하다. 전극이 늘어나는 과정에서 전도성이 떨어져 배터리 용량 저하로 이어지는 것이 문제였다. 이를 극복하기 위해 기판 위에 전도층을 패턴화시키거나 기판을 주름지게 하는 방법이 시도됐는데 공정이 복잡하고 도포된 표면에만 전기가 흐르는 한계가 있었다.

연구팀은 고무 탄성을 갖는 폴리우레탄(PU)과 전도성이 우수한 금 나노입자를 간단하게 전기적 인력을 통해 혼합하는 방식으로 금속처럼 전기가 통하면서 고무줄처럼 늘어나는 전극을 만들었다.

공기청정기 필터에 먼지가 달라붙거나 머리카락이 풍선에 달라붙는 현상 등 일상에서 목격할 수 있는 전기적 인력을 이용한 비교적 단순한 공정으로 신축성은 유지하면서 저항값을 금속 수준으로 내린 것이다.

또 폴리우레탄과 금나노입자의 비율이 다른 두 종류의 복합체를 번갈아 쌓아 전극 표면에서뿐만 아니라 위에서부터 아래까지 수직 방향으로도 전기가 흐르도록 만들었다. 나아가 개발된 신축성 전극을 리튬 이차전지에 적용해 배터리 길이가 30% 이상 늘어나는 물리적 변형에도 우수한 안정성을 나타내는 것을 확인했다.

이번 연구는 김병수(연세대), 박수진(포항공대), 니콜라스 코토브 교수(Nicholas Kotov, University of Michigan) 연구팀이 수행했다.

김병수 교수는 "기존 신축성 전극과 달리 신축성과 전기적 전도 방향성에 제약받지 않기 때문에 다양한 용도에 맞게 정교한 조절이 가능하다ˮ고 설명했다. 박수진 교수는 "배터리 집전체뿐 아니라 미래의 신축성 디스플레이와 전자기기에 응용될 것으로 기대한다ˮ고 평가했다.

연구결과는 미국과학진흥회(AAAS)에서 발행하는 학술지 `사이언스 어드벤시즈(Science Advances)' 7월 26일 자(논문명: Stretchable batteries with gradient multilayer conductors)에 실렸다.