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[랩큐멘터리] ‘눈에는 눈, 이에는 이’ 장치 맞춰 진화하는 배터리

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[랩큐멘터리] ‘눈에는 눈, 이에는 이’ 장치 맞춰 진화하는 배터리

2021.01.21 15:00
포스텍 고분자 기반 에너지 소재 연구실
 

차세대 배터리는 오래가고 안전한 배터리만을 뜻하지 않는다. 웨어러블 디바이스, 폴더블 디스플레이 등 장치가 얇아지면 함께 얇아져야 하고, 장치를 접을 수 있으면 배터리도 접을 수 있어야 한다. 이런 이유로 피부에 부착 가능한 배터리, 렌즈형 배터리 등 특수한 배터리들이 속속 개발되고 있다. 

 

박수진 포스텍 화학과 교수가 이끄는 고분자기반에너지소재연구실은 고분자를 기반으로 스마트폰, 노트북, 전기자동차 등에 쓰이는 배터리 소재와 차세대 디바이스에 맞는 배터리를 연구하고 개발한다. 대표적인 연구 성과는 올해 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 발표한 고무처럼 늘어나는 배터리다. 배터리를 쭉 잡아 당겨 늘려도 성능이 안정적으로 유지된다.

 

박수진 화학과 교수
박수진 포스텍 화학과 교수가 이끄는 고분자 기반 에너지 소재 연구실은 고분자를 이용해 다양한 배터리를 연구한다.

렌즈처럼 얇은 배터리와 종이처럼 접을 수 있는 폴더블 배터리도 주목할 만한 성과다. 폴더블 배터리는 배터리에 쓰이는 딱딱한 알루미늄(Al)과 구리(Cu)를 페트병과 성분이 비슷한 고분자 나노 물질로 대체해 1000번을 접고 펴도 안정적으로 작동한다. 심지어 망치로 두드려도 망가지지 않는다. 

 

배터리 성능 향상에 필요한 차세대 고용량 음극 물질과 다양한 실리콘 소재, 고용량 리튬 금속 음극 보호막에 관한 연구도 진행 중이다. 스마트폰, 전기 자동차 등에 쓰이는 리튬이온 배터리는 리튬 이온과 전자가 전해질에 담긴 양극과 음극을 오가며 전기를 흘리는 원리다. 그래서 음극과 양극의 용량에 따라 리튬 이온과 전자의 이동량이 결정되고, 이는 곧 배터리의 용량을 결정한다. 현재 전기자동차에 쓰이는 음극 소재는 천연 흑연 및 인조 흑연으로 급속 충전이 불가능하다. 급속충전이 가능한 소재 개발이 필요한 이유다.

 

 

고분자기반에너지소재연구실은 고분자를 기반으로 현재 요구되는 배터리 연구부터 차세대 배터리 연구까지 다양하게 진행한다. 연평균 15편 이상의 논문을 게재하며 꾸준한 연구 실적을 내고 있다. 연구실에서 발표된 논문 중 상당수는 상위 10% 학술지에 실리고, 3~4편은 상위 3% 안에 드는 최고 수준의 학술지에 발표된다.

 

전 세계 배터리 시장 규모는 연평균 25%씩 성장하며 2025년에는 메모리 반도체 시장보다 커질 것으로 전망된다. 기업과 학계 모두 관심이 많은 연구 분야로 다양한 접근법을 통한 연구가 요구돼 자율적이고 창의적인 분위기에서 연구가 이뤄지고 있다. 박 교수는 “연구자는 연구 자체뿐 아니라 결과물이 실생활에 쓰였을 때 더 큰 성취감을 느낄 수 있다”며 “산업 현장에 상용화될 때까지 연구를 진행할 수 있는 점이 고분자기반에너지소재연구실의 장점”이라고 말했다.

 

포스텍 고분자 기반 에너지 소재 연구실 보러가기 https://youtu.be/4LdgChRzQG8

 

※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다.  오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다.  연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다.  동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 화요일과 목요일 소개합니다. 

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