KAIST, 디스플레이 소자 기능 부여한 스마트 유연전지 개발…충전시 남색으로 '색 변화'

스마트 창문으로 활용 가능한 투명 아연이온 유연전지

우리 연구진이 충전과 방전 과정을 시각화할 수 있는 전지를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김일두 신소재공학과 교수, 윤태광 명지대 교수 공동 연구팀이 전기변색 고분자 양극재로 스마트 전기변색-아연 이온 전지를 개발했다고 21일 밝혔다.

전기변색 기능이 접목된 전지는 충전·방전 상태를 색 변화로 시각화하고, 태양광 흡수량을 조절해 실내 냉방 에너지 소비량을 절감하는 디스플레이 소자로 활용할 수 있다.

다만 기존에는 전기전도도가 낮아 전자·이온 이동효율, 에너지 저장 용량이 낮고 플랙서블·웨어러블 에너지 기술에 적용하기 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 장시간 공기 노출, 변형에도 전기변색 성능과 우수한 전기화학 특성이 유지되는 유연 전기변색-스마트 아연 이온전지 구현에 성공했다.

전자와 이온 이동효율을 극대화하고자 '파이(π) 결합 간격재(Spacer)'가 내장된 고분자 양극재를 설계하고 최초로 합성했다. 파이 결합은 구조 내 전자이동을 향상시켜 이온 이동속도가 매우 빠르고, 이온 흡착효율이 극대화돼 에너지 저장용량 또한 높이는 효과가 있다.

충전시 남색, 방전시 투명하게 바뀌는 고분자를 양극으로 이룬 전기변색 아연이온전지

이 간격재는 공간을 마련, 이온 이동 속도를 높이고 고속충전을 가능케 한다. 아연 이온 성능이 방전용량 1g당 110밀리암페어(㎃h)로 저장 용량이 기존보다 40% 이상 확대되고 충·방전시 남색에서 투명색으로 빠르게 바뀌는 변색 성능도 30%가 상승했다.

투명 유연전지 기술을 스마트 윈도우에 적용하면, 낮시간 태양에너지 흡수 과정에서 짙은 색을 띤다. 자외선과 태양빛을 차단하는 커튼 기능을 포함한 미래형 에너지 저장 기술로 쓰일수 있다.

김일두 교수는 “에너지 저장의 역할만을 수행하는 기존 전지 개념을 넘어, 스마트 전지 및 웨어러블 기술 혁신을 가속화하는 미래형 에너지 저장 시스템으로 활용될 것을 기대한다”고 말했다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com