나노기술 및 정책 정보

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최근 플렉시블 웨어러블 전자 디바이스가 빠르게 발전함에 따라 플렉시블 충전 전지는 거대한 시장 전망을 보여줌. 전통적인 전지는 딱딱하기 있기 때문에 변형하는 과정에서 전극 소재는 쉽게 집류체(collecting fluid)에서 떨어져 나가 전기화학적 성능에 영향을 줄 뿐만 아니라 안전적인 측면에서도 위험이 존재함.

때문에 전기화학 성능이 우수하고, 기계 강도가 높고, 안정성이 뚜렷한 플렉시블 충전 가능한 전지 디자인 및 개발은 과학기술계와 산업계의 많은 관심을 받고 있음.

플렉시블 전지의 디자인은 두 가지 경로를 통해 실현이 가능한데 하나는 본질적으로 유연성이 뛰어난 전극 소재를 사용하여 변형 과정에서 전기화학적 성능이 쇠감되지 않아야 하며, 다른 하나는 전극 혹은 디바이스에 대해 독특한 구조로 디자인하여 우수한 변형 능력(접고, 휘고, 인장과 압축이 가능함)을 가질 수 있도록 해야 함.

탄소족에 속하는 탄소 나노튜브(CNT)는 독특한 1차원 튜브 상태 구조로, 전도성이 높고(>105 S m-1, 300 K), 비표면적이 크고(1315 m2 g-1), 기계적 성능이 우수하고(영률(Young's modulus)과 인장 강도는 각각 1TPa와 300GPa 수준에 달함), 화학 안정성이 뛰어난 강점이 있기 때문에 플렉시블 전지에 적용할 수 있는 이상적인 소재로 평가 받고 있음.

"어떻게 하면 고성능 CNT 기반의 플렉시블 전지 디바이스를 연구개발 할 것인가"는 향후 몇 년 간의 연구 중점과 난점이 될 것으로 전망되고 있음.

최근 중국 베이징(北京, 북경) 대학교 리옌(李彦, 리언) 교수 연구팀은 시드니 대학교(University of Sydney) 천위안(陳元, 진원) 교수 연구팀, 쑤저우(蘇州, 소주) 대학교 니장펑(倪江鋒) 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하고, 플렉시블 전지용 탄소 나노튜브 응용 연구에서 혁신 성과를 취득하였음.

연구팀은 플렉시블 전지용 CNT 응용 연구를 통해, 폐쇄형 전지 시스템으로부터 오픈 방식의 전지 시스템에 이르기까지 CNT 기반 소재의 구조를 디자인하고, 각종 플렉시블 전지 분야에서 관련 연구를 심층적으로 수행하였음.

동시에 연구팀은 CNT 베이스 플렉시블 전지의 상용화 과정에서 직면한 도전과 미래 연구 방향에 대한 예측 분석을 제시하였음.

본 연구 성과는 ‘National Science Review’ ("Carbon nanotubes for flexible batteries: recent progress and future perspective") 지에 게재됨.