저장용량 확 늘린 이차전지 국내 개발…충전되면 색깔 변화도

KAIST, 스마트 아연 이온전지 구현…얇은 형태로 만들어 창문에 적용할 수 있는 기술

KAIST(한국과학기술원) 연구진이 개발한 스마트 아연 이온전지 연구 모식도. / 사진=KAIST(한국과학기술원)

국내 연구진이 기존보다 40% 이상 저장 용량을 늘린 이차전지를 개발했다. 충전됐을 때 푸른 빛을 띄다가 방전되면 투명색으로 바뀌는 스마트한 전지다. 특히 얇은 형태로 만든 기술을 향후 창문에 적용하면 낮에 빛을 차단해 커튼 기능을 하는 '미래형 배터리'로 쓰일 수 있다.

KAIST(한국과학기술원)는 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 최근 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 이런 내용을 포함한 논문을 게재했다고 21일 밝혔다.

이차전지는 재충전을 통해 몇 번이고 사용할 수 있는 배터리로, 정부의 12대 국가전략기술 중 한 분야다. 최근 이차전지 개발은 단순한 에너지 저장 기능을 넘어 색깔이 변하는 스마트 시스템인 '전기변색소자'가 주목받고 있다.

하지만 기존 소자는 낮은 전기전도도로 인해 전자와 이온의 이동효율이 낮다. 이 때문에 에너지 저장 용량이 낮고 구부러지거나 착용할 수 있는 전자기기에 직접 적용하기 어려운 한계가 있었다.

충전 시 남색, 방전 시 투명하게 바뀌는 고분자가 양극으로 이뤄진 전기변색 아연 이온전지. / 사진=KAIST(한국과학기술원)

이에 KAIST 연구팀은 전자와 이온의 이동효율을 극대화하기 위해 '파이 결합 간격재'(Spacer)가 내장된 고분자 양극재를 설계하고 합성했다. 이를 통해 스마트 아연 이온전지를 구현하는 데 성공했다.

파이 결합은 구조 내 전자이동을 향상시켜 이온 이동 속도가 매우 빨라지고 이온 흡착 효율을 극대화할 수 있다. 이 과정을 거치면 에너지 저장 용량이 높아지고 고속 충전이 가능해진다.

연구팀은 스마트 아연 이온전지가 기존보다 40% 이상 저장용량을 늘렸다고 밝혔다. 또 충·방전 시 남색에서 투명색으로 빠르게 바뀌는 변색 성능도 30% 상승한 결과를 나타냈다. 얇은 형태로 만든 신소재를 창문에 적용할 경우, 들어오는 태양 에너지를 흡수해 에너지를 저장할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

김일두 KAIST 교수는 "투명 유연전지 기술을 스마트 윈도우에 적용하면 낮 시간에 태양 에너지를 흡수하고 차단하는 커튼 기능이 포함된 미래형 에너지 저장 기술로 쓰일 수 있다"며 "에너지 저장만을 수행하는 기존 전지 개념을 넘어 미래형 에너지 저장 시스템으로 활용될 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.

이번 연구는 윤태광 명지대 신소재공학과 교수 연구팀, 김한슬 충북대 신소재공학과 교수 연구팀 등이 참여했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단 등의 지원을 받아 연구가 이뤄졌다.

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr