KAIST(총장 신성철) 신소재공학과의 김일두 교수 연구팀이 미국 하버드 공과대학 제니퍼 루이스(Jennifer A. Lewis) 교수와의 공동 연구를 통해 3D 프린팅 기술을 이용한 배터리의 형상을 반지 모양, 대문자 알파벳 모양 등으로 자유롭게 제조하는데 성공했다. 또한 한국화학연구원 최영민 박사 연구팀과의 공동 연구로 소형 인체 착용형 광센서 반지에 3D 프린팅 배터리를 적용했다. KAIST 김찬훈 박사(신소재공학과), 하버드 안복엽 박사(공과대학)가 공동1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 12월호에 게재됐다.

연구팀은 자유로운 디자인 배터리를 만들기 위해 친환경 물 기반 아연 이차전지(Zn-Ion battery) 시스템을 도입했다. 리튬이온 대신 아연이온을 전하 운반체로 사용하는 이 시스템은 물을 전해질의 일부로 사용하기 때문에 기존 리튬 이차전지보다 안전하다. 특히 3D 프린터를 이용한 플라스틱 패키징 적용에도 물은 플라스틱 패키징을 녹이지 않아 간편하게 패키징이 가능한 장점이 있다.

KAIST 연구팀은 재단이 간편하고 고속 충, 방전이 가능하게 양극을 설계하고자 전기방사 기술로 제조한 탄소섬유 전류집전체 일체형 양극 표면에 전기화학적 활성이 높은 폴리아닐린 전도성 고분자를 코팅했다. 폴리아닐린 기반 양극은 2분에 50%라는 빠른 충전 속도를 보였으며 활물질의 손실 없이 쉽게 재단할 수 있어 다양한 형태의 배터리 제작이 가능할 것으로 기대된다.

김 교수는 “수용성 전해질을 이용하는 아연 이차전지는 일반 대기 환경에서 배터리 패키징 조립을 할 수 있어 3D 프린팅을 활용하면 고객 요구에 맞는 맞춤형 배터리 팩을 손쉽게 제작할 수 있다”고 말했다.

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