3D프린터로 리튬 이온 전지를 자유로운 형상에 출력하는 기술이 탄생

3D프린터로 리튬 이온 전지를 자유로운 형상에 출력하는 기술이 탄생

전기자동차나 스마트폰, 노트북이라고 한 모든 전자기기에 사용가능한 리튬 이온 전지를, 3D프린터로 자유로운 형에 출력하는 것을 가능하게 하는 기술이 탄생했습니다. 종래는 리튬 이온 전지 규격에 맞춰서 기기 사이즈나 형상을 설계 할 필요가 있었습니다만, 새로운 기술에 의해 3D프린터로 자유로운 형상에 출력할 수 있게 되기 때문에, 배터리 규격과 상관없이 전자기기 디자인을 가능합니다.

종래의 리튬 이온 전지는 결정된 사이즈나 형상이 많습니다만, 리튬 이온 전지는 이론상은 모든 모양을 만들어 낼 수 있을 것입니다. 연구자 Benjamin Wiley씨와 Christopher Reyes씨는, 그런 종래의 리튬 이온 전지 문제를 해결하기 위해서, 저렴한 3D프린터로 다양한 형상의 리튬 이온 전지를 만들어 내기 위한 방법을 개발하고 싶다고 생각했습니다. 문제가 되는 것이, 3D프린터로 널리 이용하는 폴리유산(PLA) 소재는 「이온 전도체가 아니다」라고 하는 점. 3D프린터로 PLA를 출력해서 리튬 이온 전지를 출력하려고 하면, 이 PLA가 이온 전도체가 아니기 때문에 배터리화에 즈음해서 큰 장해가 됩니다.

그러한 가운데, Wiley씨와 Reyes씨 2명은 3D프린터로 자유로운 형상에 출력가능한 리튬 이온 전지를 만들어 내는 방법을 개발했습니다. 이 방법은 학술지 ACS Applied Energy Materials상에서 공표되었습니다.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.8b00885

2명은 3D프린터로 리튬 이온 전지를 출력하기 위해서, 방법을 2가지 생각했습니다. 하나는 3D프린터로 출력하는 PLA에 전해액(電解液)을 주입하고, PLA 이온 전도율을 높인다고 하는 방법. 또 하나는, 그래핀 또는 다층 카본 나노 튜브를 애노드 또는 캐소드에 짜 넣는 것으로, 리튬 이온 전지의 전기 전도율을 향상시킨다고 하는 방법입니다. 이 2가지 기술을 합치는 것으로, 리튬 이온 전지를 3D 프린트하는 것에 성공했습니다.

↓사진 오른쪽에 찍혀 있는 것은, 3D 프린트된 리튬 이온 전지를 전원으로 하는 LED 팔찌

또, 연구로는 3D 프린트한 리튬 이온 전지 성능을 시험하기 위해서, 3D 프린트 리튬 이온 전지를 배터리로 하는 LED 팔찌를 작성. 3D프린터로 출력한 리튬 이온 전지는 약60초간 작성한 LED 팔찌에 전력을 공급하는 것이 되어 있습니다.

한편, 연구자에 의하면, 연구로 처음으로 만든 3D프린트 리튬 이온 전지는 상용 것보다도 용량이 약2자리나 낮은 것으로, 아직 실용 단계부터는 좀 멀었다고 합니다. 그러나, 배터리 용량을 늘리기 위한 아이디어는 몇가지 존재한다고 해, PLA베이스의 출력 소재를 다른 것으로 바꾸는등 제안이 있습니다.