고효율 차세대 전해질 신소재 개발…"웨어러블 기기에 적용"

KIST

신소재 개발이 상용화되면 더 유연하고 다양한 형태의 저장장치를 만들 수 있게 된다. 게티이미지뱅크 제공.

한국과학기술연구원(KIST)은 김남동 기능성복합소재연구센터 책임연구원과 주용호 선임연구원 공동연구팀이 고효율 차세대 에너지 저장장치용 전해질 신소재를 개발했다고 3일 밝혔다. 

연구팀은 별도의 활성 물질이나 복잡한 공정 없이도 높은 이온전도성과 안전성을 갖춘 고분자 전해질을 구현하는 데 성공했다. 이번에 개발된 소재는 높은 출력과 저장 용량을 동시에 달성했다. 섬유 형태의 전극과 결합해 고성능 에너지 저장장치 제작에 활용될 수 있으며, 높은 이온전도성 덕분에 더 유연하고 소형화된 웨어러블 기기 개발에도 도움이 될 전망이다. 

연구팀은 기존 고체 전해질의 가장 큰 문제인 낮은 이온 전도성을 해결하기 위해 '4-하이드록시 TEMPO'라는 특별한 유기 분자에 주목했다. 이 분자는 자유 전자 구조를 안정적으로 유지하면서도 외부 자극에 민감하게 반응하는 특성이 있어 다양한 기능성 소재로 활용될 수 있다는 점에 착안했다.

연구팀은 이 유기분자를 고분자 전해질에 소량 첨가한 결과 고체상태에서도 이온이 훨씬 더 잘 이동한다는 점을 확인했다. 이온 전도성은 기존보다 약 17배 증가했고, 저장용량도 1kg당 25.4WH로 이전보다 개선됐다. 

유연성과 내구성 면에서도 우수한 결과를 보였다. 8000번 이상 구부려도 성능의 91%를 유지했으며, 매듭을 짓는 등 모양을 변형시켜도 성능이 거의 변하지 않았다. 웨어러블 기기에 적합한 소재라는 설명이다.

김 연구원은 "유연하고 안전한 고체전해질 기반 에너지 저장장치 산업 발전에 기여할 수 있는 원천기술로 자리매김할 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 '나노 마이크로 레터(Nano-Micro Letters)' 최신호에 게재됐다. 

<참고자료>
-doi.org/10.1007/s40820-025-01700-9
 

[정지영 기자 jjy2011@donga.com]