연구성과

화공 김진곤 교수팀, 웨어러블 디바이스에 들어갈 고강도 젤 전해질 개발

2019-02-18 419

[POSTECH · 서울시립대 연구팀 별모양 블록공중합체 기반 차세대 전해질 제조]

연구성과_상세_나노임프린팅_김진곤교수

팔에 태블릿을 휘감고 다니고 몸에 부착된 카메라로 상황을 실시간 전달하는 모습, 이미 SF 영화 속에선 낯설지 않다. ‘PMC:더 벙커’ 등의 영화 속에 등장하는 유연한 플렉시블 디바이스나 옷이나 몸에 부착할 수 있는 작고 외형이 잘 변형되는 웨어러블 디바이스에는 유연하지만 강하고, 작으면서도 효율이 높은 배터리와 센서 등의 첨단 기술이 꼭 필요하다. 외형은 유연하지만 기계적인 외부 변형에 버틸 수 있도록 전기화학 소자에 들어가는 젤 전해질의 강도를 높이는 일은 필수적이다.

화학공학과 김진곤 교수, 박사과정 황희동 씨는 서울시립대학교 화학공학과 문홍철 교수 연구팀과 블록공중합체의 구조적 설계를 통해 별 모양으로 제조한 고분자 젤 전해질을 개발해 전기화학 소자의 기계적 강도를 획기적으로 향상하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 미국 화학학회가 발행하는 재료·화학 분야 국제 학술지인 ACS 응용 재료와 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)지 표지 논문을 통해 발표됐다.

190218_저널 기사내부용

배터리나 센서 등에 널리 사용되고 있는 물질인 전해질은 보통 액체로 많이 만들어져있다. 전기적 특성이 우수하지만, 액체라서 흐르거나 누액의 위험이 있기 때문에 젤 형태의 전해질에 대한 연구가 계속되고 있다.

하지만 젤 전해질의 경우 낮은 기계적 강도로 인해 외부 힘에 의해 쉽게 변형이 돼 플렉시블 혹은 웨어러블 전기화학 소자로 활용하기엔 제약이 있었다. 화학적 요소를 첨가해 기계적 강도를 높이는 방법이 있지만, 추가적인 공정이 필요하고 빛이나 자외선, 열에 취약한 전기화학 반응물을 사용할 수 없는 단점이 존재한다.

연구팀은 별 모양의 블록공중합체를 이용해 고분자 젤 전해질의 기계적 강도를 향상했다. 이렇게 개발된 전해질을 기반으로 전기화학 발광소자를 만들었는데 유연한 기판에서 수천 번 구부러트리는 변형에도 발광을 유지한다.

김진곤 교수는 “이번에 개발된 고강도 젤 전해질은 기계적 변형에 노출되어야 하는 웨어러블 전기화학 소자의 핵심 소재가 될 것”이라며 기대감을 밝혔다.

한 편 본 연구성과는 과학기술정보통신부 창의적 연구 진흥사업, 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다.