한국 KAIST 재료공학과 연구팀은 플랙서블 디스플레이를 위한 기본적인 에너지원인 고성능 플랙서블 고체 상태 배터리를 개발했다. 이 결과는 "Bendable Inorganic Thin-Film Battery for Fully Flexible Electronic Systems"라는 제목으로 Nano Letters에 최근 게재되었다.

얇고 가벼운 플랙서블 디스플레이의 기술적인 진보는 높은 전력 밀도와 열적 안정성을 가진 플랙서블 배터리의 개발을 독려해 왔다. 재충전 가능 리튬 이온 배터리(LIB)가 고성능 플랙서블 에너지원으로 촉망 받지만, 굽힐 수 있는 LIB에 대한 상응 전극은 예를 들어, 유기 물질 혹은 폴리머 고착제(binder)와 혼합된 나노/마이크로 구조 무기 물질과 같은 몇 가지 물질들로 제한된다. LIB의 성능은 이들 어느 하나에서도 충분치 않아 말 수 있는 디스플레이를 포함한 플랙서블 가전제품에 적용하기 어렵다.

또한, 양극 전극으로 이용된 리튬 전이 금속 산화물은 리튬 코발트 산화물의 경우 약 700 도씨의 고온에서 처리되어야 한다. 그러나, 플랙서블 폴리머 기판 상에서 이 같은 고온에서 액티브 물질인 금속 산화물을 열처리하는 것은 거의 불가능하다.

현재, 연구팀은 유니버셜 전이 방법을 이용하여 고밀도 무기물 박막으로 가지고 구조를 만든 고성능 플랙서블 LIB를 개발했다. 고온 열처리 온도로 운모 기판 상에 제조된 박막 LIB는 희생 기판의 단순한 물리적인 엽열(delamination)을 통해 폴리머 기판 상으로 전이되었다.

연구팀의 박막 LIB는 플랙서블 LIB에서 지금까지 얻었던 최고의 성능인 최대 4.2V의 충전 전압과 10^6 μAh/㎠ 용량을 가졌다.

연구원들은 고성능 플랙서블 박막 배터리의 출현은 디스플레이, 메모리, LED와 같은 실존 플랙서블 소자를 결합한 차세대 순수 플랙서블 전자 시스템의 개발을 가속화시킬 것으로 예상했다.

현재 제조 기술은 문제점을 가지고 있다. 이 연구가 고성능 플랙서블 배터리로서 순수 고체 상태 박막 LIB의 가능성을 보이고 있지만, 현재 공정에서는 운모 기판이 10분이 넘게 접착 테이프로 수작업으로 하나씩 엽열되게 만들어야 한다.

연구팀은 배터리의 전하 밀도를 증가시키기 위해 3D 쌓기 구조와 플랙서블 LIV의 대량 생산을 촉진하는 레이저 리프트 오프 (lift-off) 기술을 현재 개발하고 있다.

그림 설명: 플랙서블 고체 상태 배터리에 의해 작동되는 청색 LED 발광