이건재 교수팀이 개발한 배터리는 휘어져도 전압이 일정해 LED 전구의 밝기가 변하지 않는다(왼쪽). 교수팀은 이 배터리를 휘어지는 디스플레이에 결합하는 데도 성공했다. KAIST 제공

 

구부렸다 폈다할 수 있는 배터리가 나왔다.

KAIST는 신소재공학과 이건재 교수와 구민 박사 연구팀이 “휘어지면서도 성능이 뛰어난 배터리를 세계 최초로 개발했다”고 21일 밝혔다. 인쇄회로기판과 디스플레이를 휘게 하는 기술은 이미 개발됐지만 여기에 결합할 휘어지는 배터리를 제작할 수 있는 기술이 없어 관련 전자제품을 상품화하는 데 어려움을 겪었다.

연구팀은 딱딱한 광물인 운모로 만든 기판 위에 양극 물질인 ‘리튬코발트산화물’을 얇은 층 구조로 쌓아올린 다음 700도로 열처리했다. 그 뒤 운모를 제거하면 남은 물질은 유연한 성질을 가진 배터리가 되는 사실을 발견했다. 이 배터리 부분을 플라스틱으로 감싸 머리카락 10분의 1 두께에 불과한 얇고도 유연한 배터리를 만드는 데 성공한 것.

양극 물질은 고온에서 열처리해야 효율이 좋아지는데, 연구팀은 열에 약한 플라스틱 기판 대신 운모 기판을 써서 이 문제를 해결할 수 있었다. 연구팀은 “개발한 배터리는 휘기 전과 후의 전압이 변하지 않은 것은 물론 충전과 방전을 1만 번 반복해도 안정적으로 작동했다”며 “배터리 내부에는 열에 강한 고체 전해질을 써서 폭발할 위험도 거의 없다”고 밝혔다.

연구팀은 이 배터리를 휘어지는 디스플레이에 부착해 휴대가 가능한 유연한 전자장치를 만드는 데도 성공했다. 이 교수는 “이번 연구로 휘어지는 전자제품 개발을 가로막는 큰 장애물을 넘었다”며 “앞으로 배터리의 충전용량만 더 늘리면 상용화할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 최근 재료과학 분야의 권위지인 나노 레터스 온라인판 7월 30일자에 실렸으며 미국 화학회 뉴스레터에 특집으로 소개됐다. 연구팀은 관련 특허를 국내외에 출원했다.

이재웅 기자 ilju2@donga.com