(左부터) 개발된 랜덤 공중합체 기반 이온젤 전해질 모식도, 구부림 내구성이 강한 고성능 전기변색소자 활용

국내 연구진이 기계적 내구성과 전기전도성을 동시에 구현해낸 젤 전해질을 개발해 차세대 유연 전자기기의 발전에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 문홍철 서울시립대학교 교수 연구팀이 랜덤공중합체를 기반으로 고성능 고체 젤 전해질을 개발하였다고 5일 밝혔다.

액체 전해질은 배터리, 슈퍼커패시터, 전자 피부등에 사용되는 핵심 구성요소 이지만 플렉서블·웨어러블 화를 위해 누액 문제등의 단점으로 최근 고분자와 염(salt)으로 구성된 고체 전해질 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 고체 전해질은 기계적 물성이 뛰어난 반면 이온전도도가 낮아서 상온에서 사용되는 소자 적용에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 기계적 물성과 이온전도도가 모두 개선된 새로운 전해질로 두 가지의 단량체가 무작위로 연결된 랜덤공중합체를 이용해 상온에서도 이온전도도와 기계적 강도 모두 우수한 젤 전해질을 개발해냈다.

복잡한 고분자 합성 공정이 필요하지 않고, 젤의 물리적 결합만으로 고성능 전해질 제작이 가능하다.

또한 개발된 젤 전해질을 활용해 전기를 가하면 색이 변하는 전기변색소자도 제작해 수천 번 소자를 구부려도 성능 저하가 없는 플렉서블 디스플레이 구현에 성공했다.

문홍철 교수는 “이 연구는 이온전도도와 기계적 강도를 동시에 만족할 수 있는 고성능 고체 전해질을 개발한 것”이라며, “배터리, 슈퍼커패시터, 전자피부, 전기화학 디스플레이 등 전기화학반응을 활용하는 모든 전자소자에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행되었다. 재료분야 저명한 국제학술지 어드밴드스 펑셔널 머트리얼즈(Advanced Functional Materials) 최신호에 표지 논문(front cover)으로 게재되었다.