기계적 내구성과 전기전도성 동시에 가진 고체 젤 전해질 개발
일반적으로 상용되는 액체전해질은 플렉서블 및 웨어러블 전자기기에 적용하기에 기계적 물성이 낮고 누액의 문제가 제기되어 왔다. 이에 최근 고분자와 염(salt)으로 구성된 고체 전해질 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 고체 전해질은 기계적 물성이 뛰어난 반면 이온전도도가 낮아서 상온에서 사용되는 소자 적용에 한계가 있다. 하나를 향상시킬 때 다른 하나는 저하되는 트레이드-오프 관계에서 벗어나, 기계적 물성과 이온전도도가 모두 개선된 새로운 전해질이 필요하다.
한국연구재단은 서울시립대학교 문홍철 교수 연구팀이 랜덤공중합체를 기반으로 기계적 내구성과 전기전도성을 동시에 구현해낸 고성능 고체 젤 전해질을 개발했다고 밝혔다. 이는 차세대 유연 전기화학 소자의 핵심 소재로 기대된다.
연구팀은 두 가지의 단량체가 무작위로 연결된 랜덤공중합체를 이용하여 상온에서도 이온전도도와 기계적 강도 모두 우수한 젤 전해질을 개발해냈다.
이 방법에서는 복잡한 고분자 합성 공정이 필요하지 않고, 젤의 물리적 결합만으로 고성능 전해질 제작이 가능하다는 장점이 있다.
또한 개발된 젤 전해질을 활용하여 전기를 가하면 색이 변하는 전기변색소자를 제작했다. 수천 번 소자를 구부려도 성능 저하가 없는 플렉서블 디스플레이 구현에 성공한 것이다.
문홍철 교수는 ”배터리, 슈퍼커패시터, 전자피부, 전기화학 디스플레이 등 전기화학반응을 활용하는 모든 전자소자에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다“고 밝혔다.
한편, 이번 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행되었으며 재료분야 저명한 국제학술지 어드밴드스 펑셔널 머트리얼즈(Advanced Functional Materials) 최신호에 표지 논문으로 게재되었다.