차세대 배터리는 오래가고 안전한 배터리만을 뜻하지 않는다. 웨어러블 디바이스, 폴더플 디스플레이 등 장치가 얇아지면 덩달아 얇아져야 하고 장치를 접을 수 있으면 배터리도 접을 수 있어야 한다. 이런 이유로 피부에 부착 가능한 배터리, 렌즈형 배터리 등 특수한 배터리가 속속들이 개발되고 있다.

화학과 박수진 교수가 이끄는 고분자 기반 에너지 소재 연구실은 고분자를 기반으로 스마트폰, 노트북, 전기 자동차에 쓰이는 배터리 소재와 차세대 디바이스에 맞는 배터리를 연구하고 개발한다. 대표적인 연구 성과는 올해 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 발표한 고무처럼 ‘늘어나는 배터리’로 배터리를 잡아 당겨 늘려도 안정적으로 성능을 유지한다.

렌즈처럼 얇은 배터리와 종이처럼 접을 수 있는 폴더블 배터리도 주목할 만한 성과다. 폴더블 배터리는 배터리에 쓰이는 딱딱한 알루미늄과 구리를 페트병과 성분이 비슷한 고분자 나노 물질로 대체해 1,000번을 접고 펴도 안정적으로 작동한다. 심지어 망치로 두드려도 망가지지 않는다.

배터리 성능 향상에 필요한 차세대 고용량 음극 물질과 다양한 실리콘 소재, 고용량 리튬 금속 음극 보호막에 관한 연구도 진행 중이다. 현재 스마트폰, 전기 자동차 등에 쓰이는 리튬이온 배터리는 리튬 이온과 전자가 전해질에 담긴 양극과 음극을 오가며 전류가 흐른다. 음극과 양극의 용량에 따라 리튬 이온과 전자의 이동량이 결정되고 이는 곧 배터리의 용량을 의미한다. 현재 전기자동차에 쓰이는 음극 소재는 천연 흑연 및 인조 흑연으로 급속충전이 불가능한 소재이기 때문에 급속충전이 가능한 소재 개발이 필요하다.

고분자 기반 에너지 소재 연구실은 고분자를 기반으로 현재 요구되고 있는 배터리에 관한 연구부터 차세대 배터리에 관한 연구까지 다양하게 진행한다, 1년 평균 15편 이상의 논문을 게재하며 꾸준한 연구 실적을 내고 있다. 연구실에서 발표된 논문 중 상당수는 상위 10% 학술지에 실리고 3~4편은 상위 3% 안에 드는 학술지에 발표된다.

현재 배터리 시장 규모는 연평균 25%씩 성장하며 2025년에는 메모리 반도체 시장보다 더 커질 것이란 전망이다. 대기업과 학계의 관심이 많은 연구 분야임과 동시에 다양한 접근법을 통한 연구가 요구되고 있어 자율적인 연구가 가능한 분위기다. 박 교수는 “연구자는 연구 자체뿐 아니라 결과물이 실생활에 쓰였을 때 더 큰 성취감을 느낄 수 있다”며 “산업 현장에 상용화할 수 있을 때까지 연구를 진행할 수 있는 점이 연구실의 장점”이라고 말했다.