슬롯 머신 일러스트학교 에너지공학과 장재영 교수와 고려대학교 조진한 교수 공동 연구팀이 섬유 전극 소재를 활용한 고성능 유연 준고체 열전지를 개발했다고 19일 밝혔다. 이번 연구 성과는 기존 낮은 출력 성능을 갖는 준고체 열전지의 성능을 극대화하는 한편, 체열을 통한 에너지 공급원으로도 활용할 수 있는 가능성을 제시한다는 점에서 큰 의미가 있다.
준고체 슬롯 머신 일러스트는 유연한 겔 소재를 전해질로 활용하여, 기존 액체 전해질 기반 슬롯 머신 일러스트가 가진 누출 위험성과 낮은 유연성의 한계를 극복할 수 있어 주목받고 있다. 이러한 물성적 장점 덕분에 준고체 슬롯 머신 일러스트는 산업, 가정, 인체 등 다양한 열원에 적용 가능하며, 특히 최근 주목받고 있는 웨어러블 전자 기기의 자가 전력 공급원으로 활용될 수 있다.
현재 준고체 슬롯 머신 일러스트는 물성적 장점을 바탕으로 연구가 활발히 진행되고 있으나, 겔 소재의 특성상 전해질 내 이온 확산이 저해되어 액체 전해질에 비해 출력 성능이 낮다는 한계가 있다. 또한, 준고체 슬롯 머신 일러스트의 전극 소재로 금이나 백금과 같은 귀금속, 혹은 유연성이 낮은 탄소 기반 소재가 주로 사용되고 있어 가격 부담이 크고 활용성이 제한된다는 문제점이 지적된다. 이러한 한계는 비용 및 물성 측면에서 강점을 지닌 겔 전해질 소재의 장점을 충분히 살리지 못하는 주요 장애 요소로 작용하고 있다.
이에 공동 연구팀은 비귀금속 기반의 섬유 소재를 전극으로 활용하고, 전해질 내 구조-파괴 이온을 첨가물로 활용하여 이러한 문제를 해결했다. 연구팀은 섬유 소재를 고온 처리한 후, 저렴한 니켈 금속을 전기도금 및 산화하는 과정을 통해 유연성이 뛰어나면서도 높은 촉매 성능을 갖춘 전극 소재를 제작했다. 또한, 전해질 내 수소 결합을 파괴하는 구조-파괴 이온인 질산 세슘을 첨가하여, 겔 전해질 내 이온 확산도를 크게 향상시켰다.
이 과정에서 연구팀은 보고된 준고체 슬롯 머신 일러스트 중 최고 수준의 전력 밀도를 달성했다. 또한, 200회의 벤딩 사이클에서도 초기 성능의 90%를 유지했으며, 체온을 활용해 안정적인 전압을 형성하고 LED 및 온습도계와 같은 전자기기를 구동하는 데 성공했다.
이번 연구는 고성능 유연 준고체 슬롯 머신 일러스트가 차세대 웨어러블 전력 공급원으로 활용될 가능성을 확인했다. 또한, 고성능 전극 및 전해질 개발 기술이 다양한 전기화학 기반 에너지 하베스팅 및 저장 소자에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
장재영 슬롯 머신 일러스트 교수는 “이번 연구를 통해 비용 효율성뿐만 아니라, 고성능과 우수한 유연성을 갖춘 준고체 열전지를 개발할 수 있었다”며 “이 연구를 바탕으로 준고체 열전지가 다양한 열원에서 자가 전력 공급원으로 활용될 뿐만 아니라, 다양한 전기화학 소자의 기술 발전에도 기여할 것으로 기대된다”고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원(나노·소재기술개발사업 – 소재글로벌영커넥트, 국가전략기술소재개발, 중견연구자지원사업)으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 에너지 및 재료과학 분야 세계적 학술지 「Advanced Energy Materials」에 2월 18일자로 게재됐으며, 표지논문으로도 선정됐다. 해당 논문 「High-Performance Quasi-Solid-State Thermogalvanic Cells with Metallized Fibril-Based Textile Electrodes and Structure-Breaking Salts」는 최재진 박사과정생과 모정민 박사, 정재민 박사가 공동 1저자로, 슬롯 머신 일러스트 장재영 교수와 고려대 조진한 교수가 교신저자로 참여했다.