▲ ▲이건재 카이스트 교수. ▲이건재 카이스트 교수

휘거나 구부러지는 플렉서블 디스플레이의 에너지원인 고효율 유연 배터리를 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.

카이스트는 신소재공학과 이건재 교수팀이 유연한 고효율 배터리를 개발하는데 성공, 이 연구결과가 재료분야 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 8월호 온라인판에 게재됐다고 밝혔다.

플렉서블 디스플레이의 혁신적인 기술 발전을 위해서는 필연적으로 휘어지면서 충전밀도가 높고, 폭발위험이 극히 적은 고성능 유연 고상배터리의 개발이 요구돼 왔다. 그러나 고효율 배터리를 만드는 소재 중 산화물 양극재료는 고온의 열처리가 필요하기 때문에 플라스틱 기판위에서는 구현할 수 없을 뿐만 아니라 고온 열처리 없이 분말 형태로 만들 경우에는 충전밀도가 매우 낮았다.

이를 해결한 이건재 교수 연구팀은 리튬코발트산화물(LiCoO₂) 양극재료를 운모 희생기판에서 4㎛(머리카락의 약 10분의 1 두께) 정도의 박막형태로 고온 성장시켜 만든 후, 기판으로 쓰인 딱딱한 희생기판을 제거해 얇은 배터리 부분만 남긴 후 유연한 기판위에 전사해 완성한 고성능 유연 고상배터리를 개발했다.

이 교수 연구팀이 개발에 성공한 유연 배터리는 휘어지더라도 전압이 3.9~4.2V로 거의 변하지 않고, 충·방전 1만번(방전심도 80%) 정도의 안정적 작동과 함께 2,200㎼h/㎤의 높은 에너지밀도를 지닌 게 큰 특징이다.

연구팀은 현재 대량생산을 위한 레이저 리프트 오프(Laser lift-off) 기술과 충전용량을 높이기 위해 삼차원으로 적층하는 후속 연구를 진행 중이다. 이들 연구가 끝나는 대로 상용화 수준의 유연 배터리가 나올 것으로 이 교수 연구팀은 예상하고 있다.

이번 연구를 주도한 구민 박사는 “충전밀도가 높은 박막형태의 고효율 유연 배터리는 완전한 형태의 유연 전자 제품를 만드는 데 획기적인 역할을 할 것”이라고 말했다.

▲ ▲연구팀이 세계 최초로 개발한 유연 배터리를 장착한 플렉서블 디스플레이 모습. ▲연구팀이 세계 최초로 개발한 유연 배터리를 장착한 플렉서블 디스플레이 모습