[에너지단열경제]안조영 기자

접을 수 있는 예비전지의 상세 구조./고려대학교 제공

고려대학교 김도현 전기전자공학부 연구교수와 김규태 전기전자공학부 교수 등이 참여한 연구팀이 장기간 보존과 종이처럼 구부러지는 신개념 예비전지(reserve battery)를 개발했다.
예비전지란, 평상시에는 활성화되지 않다가 필요할 때 전지에 전해액을 주입하여 즉시 전기를 생산하는 전지다.
기존의 전지들에서 발생하는 자연방전 현상을 피할 수 있다.
하지만 사용량이 적어 여전히 전형적인 전지 구조 형태로 통용돼 플렉서블 및 폴더블 형태로 만드는 것이 과제였다.
즉, 폴더블 디바이스의 등장으로 전력생산을 담당하는 전지 또한 유연성(flexibility)이 필요한 상황이다.
이렇게 변화하는 환경에서 플렉서블 전지에 대한 연구가 많이 이뤄져왔으며, 그 연구의 대부분은 리튬-이온 전지에 집중되어 있었다.
리튬-이온 전지는 오랜 시간 사용하지 않으면, 전기가 자연적으로 방전되어 결국 전기를 생산하지 못하게 되는 자연방전(self-discharge) 현상을 피할 수 없다.
사용빈도가 적은 비상용 손전등 같은 기기에 리튬-이온 전지를 충전하여 장착시킨 후, 오랜 시간 방치해 두면, 정작 필요한 상황에서 전기를 사용할 수 없게 된다. 

활성화된 전지가 구부러진 상태로 시판되는 LED 전구를 켠 모습./고려대학교 제공

연구팀은 오랜 기간 보존할 수 있으며, 모양이 종이처럼 구부러지는 새로운 개념의 예비전지 구현에 초점을 맞추었다.
연구팀이 개발한 전지는 음극으로 알루미늄 금속을 사용하고, 양극으로는 탄소나노튜브와 셀룰로스(cellulose)로 이루어진 종이전극(paper electrode)을 사용한다.
전지의 표면에 있는 구멍을 통해서 전해액(electrolyte)을 주입하여 전지를 활성화 시킨다.
전지는 공기를 연료로 사용하여 음극으로 사용되는 알루미늄 금속을 수산화 알루미늄으로 바꾼다.
이 과정에서 발생하는 전자를 이용해서 전기를 생산하게 된다.
주입하는 전해액의 종류에 따라서 다양한 전압이 생성되며, 바닷물을 주입해도 안정적으로 전력을 생성하는 특성을 확인 했다.
전지를 종이처럼 구부렸을 때도 원래 상태와 똑같이 안정적으로 전기를 생산하는 특성을 확인했다.
플렉서블 기기의 전력원 뿐만 아니라 해상구조용, 군용 및 재난용 비상전원으로써의 활용도 가능할 것으로 예상되고 있다. 

왼쪽부터 김규태, 김도현, 나인엽교수./고려대학교 제공

한편 이번에 개발한 신개념 예비전지에 대한 내용이 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC) 홈페이지 J‘ournals Highlights’ 부분에 소개돼 세계의 주목을 받았다.
유연성과 장기 보존 능력을 동시에 해결하는 신 개념의 예비전지를 개발했으며 객관적인 입장에서 연구의 의미를 평가하는 내용을 담고 있다.
 

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