삼성의 Galaxy Ring 및 Apple의 Vision Pro와 같은 최신 웨어러블 장치는 의료 서비스를 한 단계 더 발전시키고 심지어 사람들이 가상으로 일할 수 있게 해줍니다. 소형, 경량을 요구하는 웨어러블 디바이스의 특성상 배터리 용량의 한계는 불가피하며, 이는 다양한 기능을 통합하는데 기술적 장벽으로 남아있습니다. 웨어러블 디바이스가 상상하는 삶을 완벽하게 구현하기 위해서는 더 가볍고 에너지를 저장하는 방법의 개발이 필요합니다.

그만큼 한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합재료연구단 전북분과 정현수, 김남동 박사와 탄소융합재료 연구단 김승민 박사 공동연구팀이 에너지를 저장할 수 있는 섬유형 전극소재를 ​​개발했다고 밝혔다. . . 섬유는 강하고 가벼우며 유연성이 뛰어나 웨어러블 장치 폼 팩터를 더욱 자유롭게 만들고 다양한 모양과 응용 분야로 제조할 수 있습니다.

탄소나노튜브섬유는 유연하고 가벼우며 우수한 기계적, 전기적 특성을 갖고 있어 웨어러블 기기용 소재로 유망하다. 그러나 이전 연구에서는 비표면적이 작고 전기화학적 활성이 부족하여 주로 집전체로 사용하고 표면을 활물질로 덮었다. 그러나 이러한 접근 방식은 추가 재료 및 공정 비용이 높아 비경제적일 뿐만 아니라, 장기간 사용하거나 물리적 변형 시 활물질이 섬유에서 분리될 확률이 높다.

이런 문제를 해결하기 위해 KIST 연구팀은 활물질이 필요 없이 에너지 저장 용량이 높은 섬유형 전극 소재를 개발했다. 연구팀은 탄소나노튜브를 산처리, 개질하여 분말화한 후 방사하여 섬유화함으로써 전기화학적 활성과 우수한 물성을 갖는 탄소나노튜브섬유를 개발하였다.

개질된 탄소나노튜브 섬유는 일반 탄소나노튜브 섬유에 비해 에너지 저장 용량이 33배, 기계적 강도가 3.3배, 전기 전도도가 1.3배 더 크다. 또한, 에너지 저장 전극 소재는 순수한 탄소나노튜브 섬유만을 사용하여 개발되었기 때문에 습식 방사 기술을 이용하여 대량 생산이 가능합니다.

섬유 슈퍼커패시터로 테스트했을 때 매듭을 지었을 때 거의 100%의 성능을 유지했으며 5,000번의 굽힘 테스트 후에도 95%의 성능을 유지했습니다. 또한 구부리고 접고 세탁한 후 일반 섬유와 탄소 나노튜브 섬유를 혼합하여 디지털 시계 손목 밴드로 엮었을 때에도 우수한 성능을 보였습니다.

KIST 김승민 박사는 “최근 이차전지 도전재로 다시 주목받고 있는 탄소나노튜브가 훨씬 더 폭넓은 분야에 활용될 수 있음을 확인했다”고 이번 연구의 중요성을 설명했다. .” 공동연구자인 정현수 박사는 “탄소나노튜브섬유는 원천기술을 보유하고 있고, 선진국과 기술격차가 크지 않아 경쟁이 치열한 분야”라며 “이를 응용하기 위한 연구를 계속해나갈 것”이라고 말했다. 비전통적인 에너지 저장을 위한 필수 소재”라며 “또 다른 공동연구원인 김남동 박사는 “현재 슈퍼커패시터를 넘어 더 높은 에너지 밀도를 갖는 섬유형 배터리에 적용하기 위한 연구를 진행하고 있다”고 말했다.