캐나다 McGill University의 연구원들은 최근 새로운 분해 가능한 배터리를 시연했습니다. 디자인은 중학교 과학 실험에 흔히 사용되는 '레몬 배터리'에서 영감을 얻었으며, 산성 물질을 사용해 전해질의 전도성을 높였다. 연구팀은 좋은 전도성을 유지하면서 배터리를 더욱 환경친화적으로 만들기 위해 젤라틴을 레몬의 구연산과 같은 유기산과 결합된 전해질 운반체로 사용했습니다.
배터리는 젤라틴을 전해질로 사용하고 마그네슘과 몰리브덴을 전극 재료로 사용하는데, 둘 다 토양 환경에서 상대적으로 온화하고 시간이 지남에 따라 안전하게 분해될 수 있습니다. 연구진은 마그네슘 전극을 단독으로 사용하면 전해질과 전극 사이의 반응을 방해하는 표면층이 형성되기 쉽다고 지적했다. 구연산, 젖산과 같은 유기산을 추가하면 이 "보호층"이 깨져 배터리의 전압과 수명이 크게 늘어날 수 있습니다.
재료 시스템이 결정된 후 팀은 일본의 '키리가미(Kirigami)' 기술을 더욱 활용하여 배터리를 특정 패턴으로 절단하여 배터리가 늘어날 때 유사한 3차원 구조를 형성하도록 했습니다. 이러한 구조를 통해 배터리는 전압 안정성을 유지하면서 길이 방향으로 약 180%까지 늘어날 수 있어 웨어러블 기기와 체내 이식형 기기의 유연성과 핏 요건에 적응할 수 있다.
실제 적용 가능성을 검증하기 위해 연구진은 손가락에 착용하고 약 1×1 cm 크기의 작은 배터리로 구동되는 간단한 압력 센서를 제작했습니다. 테스트 결과에 따르면 배터리는 센서를 안정적으로 구동할 수 있고 출력 전력은 표준 AA 배터리보다 약간 낮습니다. 이는 마이크로 웨어러블 전자 장치의 전원 공급 기능이 실용적인 가치가 있음을 나타냅니다.
환경 친화성 측면에서 실험에 따르면 배터리가 소진된 후 인산염 완충 용액에 담그면 기본적으로 전해질과 마그네슘 전극이 2개월 이내에 완전히 분해되는 반면, 몰리브덴 전극은 더 느리게 분해되지만 시간이 지남에 따라 분해될 수도 있는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 이번 성과가 젤라틴, 유기산 등의 소재를 활용해 보다 환경 친화적인 플렉서블 배터리를 제작할 수 있음을 입증한 것으로, 향후 웨어러블 기기, 의료용 임플란트, 사물인터넷 단말기 등에서 전자 폐기물과 중금속 오염을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.