모빌리티와 항공우주 분야의 에너지 효율성을 높일 차세대 '고밀도 다기능 구조 배터리'가 KAIST 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST는 19일 김성수 교수 기계공학과 연구팀이 얇고 균일하지만 높은 기계적 성능을 갖춘 다기능 탄소섬유 복합재료 기반 구조 배터리를 개발했다고 밝혔다.

기존의 구조 배터리는 리튬이온전지를 적층형 복합재에 삽입하는 방식으로 제작돼 소재 가공과 설계 최적화에 어려움이 있었다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 '에너지 저장이 가능한 복합재료' 관점에서 기존 설계의 주요 특성을 심층 분석, 고밀도 탄소섬유 복합재료 구조 배터리를 개발했다.

김 교수팀은 에폭시 수지와 이온성 액체 기반 고체 폴리머 전해질의 경화 메커니즘을 연구해 온도·압력 조건과 경화 공정을 최적화했다.

이를 통해 복합재료 내 탄소섬유의 부피 비율을 기존 대비 160% 이상 향상시켜 전기화학적 성능을 대폭 개선한 고밀도 구조 배터리를 제작할 수 있었다.

제작된 배터리는 자동차, 드론, 항공기 등 다양한 모빌리티의 구조체 내부에 삽입해 충전 효율과 작동시간을 크게 늘리는 데 기여할 것으로 기대된다.

김성수 교수는 "고강성 초박형 구조 배터리의 핵심 소재인 고체 폴리머 전해질을 소재와 구조적 관점에서 설계하는 프레임워크를 제시했다"며 "한 번의 충전으로 작동시간을 늘리는 차세대 다기능 에너지 저장 어플리케이션 개발에 일조하는 기반 기술이 될 것 같다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단과 국가반도체연구실개발사업의 지원을 받았으며 관련 논문은 'ACS Applied Materials & Interfaces' 9월호에 표지 논문으로 게재됐다.