뱀 비늘 본딴 유연한 배터리 나왔다

한국기계연구원 나노역학장비연구실 연구팀이 개발한 신축성 뱀 비늘형 배터리를 사람의 팔과 손에 착용했다. 인체의 형태에 밀착시킬 수 있을 뿐만 아니라 그 움직임에 맞춰 자유롭게 변형할 수 있다. 한국기계연구원 제공.

소프트 로봇이나 착용형 웨어러블 기기 등에 적용할 수 있는 부드럽게 휘어지고 늘어나는 배터리가 개발됐다. 

한국기계연구원은 나노역학장비연구실의 장봉균 선임연구원, 현승민 책임연구원 연구팀이 뱀의 비늘 구조에 착안해 안전성과 유연성을 갖춘 신축성 배터리 구조를 개발하고 소프트 로봇 분야 학술지 ‘소프트 로보틱스’ 온라인에 8월 16일 발표했다고 28일 밝혔다. 

뱀의 비늘 하나하나는 단단하면서도 서로 접혀 외부 충격을 방어하고 유연하게 움직이면서 신축성이 좋은 구조적 특성이 있다. 

연구팀은 뱀의 비늘 구조를 모사한 구조체를 제작해 원하는 방향으로 쉽게 늘어나면서도 안전성과 성능을 확보한 배터리 구조를 개발했다. 여러 개의 작고 단단한 배터리를 마치 비늘 같은 구조로 연결해 유연하게 움직일 수 있는 게 특징이다. 

연구팀은 또 안전성을 확보하기 위해 배터리 내부 전지 소재 변형을 최소화하는 구조를 적용했다. 크기가 작은 개별 배터리의 충전 용량을 높이기 위해 배터리 형상도 최적화했다. 

연구팀이 개발한 배터리 구조의 핵심은 배터리 셀과 연결부 형상 설계다. 리튬 폴리머로 비늘 한 조각과 같은 육각형의 작은 배터리 셀을 제작하고 이를 폴리머와 구리로 만든 연결부로 경첩처럼 접었다 폈다 하도록 연결했다. 종이접기에서 착안한 제조 공정으로 유연 전극을 자르고 접는 방식으로 만들 수 있어 대량 생산이 가능하다는 것도 장점이다. 

이번에 개발된 배터리를 활용하면 유연한 에너지 저장장치가 필요한 인체 착용형 소프트로봇이나 재활의료기기, 웨어러블 기기 등에 활용될 수 있다. 연구팀은 향후 소프트 에너지 저장 소자의 저장 용량을 높이는 기술을 개발할 계획이다. 

장봉균 선임연구원은 “뱀 비늘 구조에 착안해 유연하고 신축성 있는 특성을 살리면서도 안전성을 갖춘 배터리를 개발한 것”이라고 밝혔다. 
 

[김민수 기자 reborn@donga.com]