습기 흡수해 8000시간 넘보는 피부 전지

아주대·충남대·광주과학기술원 공동 연구진이 주변 공기에서 수분을 흡수해 전기를 생산하는 피부 부착형 알루미늄-공기 전지를 개발했다. 전체 두께를 200㎛ 이하로 줄이면서도 안정적인 이온전도와 높은 용량을 확보했으며, 얇고 유연한 구조에서 장시간 작동할 가능성도 확인했다. 연구 논문은 소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈’ 7월호에 온라인 게재됐다.

전지는 초박막 스테인리스강 그물망 공기극, 염화리튬 기반 흡습성 하이드로젤 전해질, 고용량 알루미늄 음극으로 구성됐다. 전해질이 공기 중 수분을 계속 보충해 건조를 억제하고, 고농도 염과 물 분자의 강한 상호작용이 물의 반응성을 낮춰 알루미늄 음극의 자가부식도 막는다. 소모된 알루미늄만 바꾸는 기계적 재충전을 1000회 반복한 뒤에도 0.7V 이상의 전압을 유지했다.

알루미늄-공기 전지는 공기 중 산소를 양극 활물질로 쓰고 수계 전해질을 이용해 고용량과 높은 안전성을 갖춘 에너지 저장 장치다. 다만 피부 부착을 위해 얇게 만들면 전해질 축적량과 수분 저장 능력이 함께 줄어 용량이 떨어지고 쉽게 마르는 문제가 있었다. 연구진은 별도의 수분 저장 장치를 추가하지 않고 흡습성 전해질로 수분 부족과 금속 부식을 동시에 제어했으며, 직렬·병렬 연결을 통한 전압과 용량 확장도 입증했다.

성능 평가에서는 유기전기화학 트랜지스터 기반 생체신호 센서에 전지를 연결해 심전도와 근전도 신호를 실시간으로 측정했고, 신호 품질은 최대 31.1dB를 기록했다. 알루미늄 교체 방식으로 8000시간 이상 구동할 가능성도 제시됐다. 제1저자는 아주대 박재일 박사후연구원이며 박성준 아주대 교수, 유승준 GIST 교수, 송우진 충남대 교수가 교신저자로 참여했다. 저비용 공기극 확보와 장기 피부 안전성 검증, 대면적 공정 기술 개발이 후속 과제로 남았다.