신축성 있는 직물

Feb 12, 2024

앤드류 코셀리

완전히 신축성이 있는 직물 기반 리튬 이온 배터리의 성공적인 프로토타입을 설계, 개발 및 제공한 휴스턴 대학 연구진 덕분에 웨어러블 기술의 미래가 더욱 밝아졌습니다.

이 리튬 이온 배터리에 대한 아이디어는 Haleh Ardebili 교수로부터 나왔습니다. 그는 “열성 공상과학 팬으로서 저는 우리 옷이 스마트하고 상호작용하며 전력을 공급받는 '공상과학 같은 미래'를 상상할 수 있었습니다. 신축성 배터리를 만들고 신축성 장치 및 의류와 통합하는 것은 자연스러운 다음 단계로 보였습니다. 주머니에 있는 노트북이나 휴대폰을 접거나 구부리거나 늘린다고 상상해 보세요. 아니면 옷에 내장된 대화형 센서를 사용하여 건강을 모니터링할 수도 있습니다.”

직물에 내장된 차세대 웨어러블 기술 개발의 주요 병목 현상은 기존 배터리가 일반적으로 단단하여 기능이 제한되고 액체 전해질을 사용하므로 안전 문제가 발생한다는 것입니다. 기존의 유기 액체 전해질은 가연성이 있어 폭발을 일으킬 수 있습니다.

획기적인 발전의 핵심은 전도성은 직물을 플랫폼과 전류 수집 장치로 사용하는 것입니다.

“은으로 짜여진 직물은 기계적으로 변형되거나 늘어나면서도 배터리 전극이 제대로 기능하는 데 필요한 전기 전도 경로를 제공하기 때문에 이에 이상적이었습니다. 배터리 전극은 전자와 이온 모두의 움직임을 허용해야 합니다.”라고 해당 저자인 Ardebili는 말했습니다.

“저는 전기화학 전지와 그 구성 요소를 늘리는 것과 관련된 기본 과학과 메커니즘을 이해하는 데 관심이 있었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "이것은 과학 및 공학 분야에서 미개척 분야였으며 조사해 볼 수 있는 훌륭한 분야였습니다."

Ardebili는 "우리는 프로토타입을 만들었지만 여전히 배터리 설계, 재료 및 제조를 최적화하기 위해 노력하고 있습니다."라고 말했습니다.

Ardebili는 신축성 있는 직물 기반 배터리의 프로토타입이 스마트 우주복, 사람의 건강을 모니터링하는 의류에 내장된 가전 제품, 다양한 수준에서 인간과 상호 작용하는 장치 등 다양한 유형의 응용 분야에 대한 길을 열 것이라고 낙관하고 있습니다. 안전하고 가볍고 유연하며 신축성이 있는 배터리를 위한 디자인과 응용 분야는 다양하지만 시장에 출시되기 전에 아직 수행해야 할 작업이 남아 있습니다.

Ardebili는 독점 인터뷰에서 Tech Briefs에 "상업적 생존 가능성은 비용과 규모에 관한 것입니다."라고 말했습니다. 전체 내용은 아래에서 읽을 수 있습니다. “미래의 신축성 있는 전자 장치에는 실제로 이러한 배터리가 분명히 필요합니다. 해당 제품이 상용화되면서 이 배터리도 상용화될 것으로 예상됩니다. 나는 약 10년 정도의 일정을 예상한다.”

신축성 있는 배터리가 우주복이나 운동복 또는 기타 혁신적인 응용 분야에 전력을 공급하는 경우에도 Ardebili는 이러한 배터리가 안정적이고 안전하기를 원합니다. “나의 목표는 배터리가 최대한 안전한지 확인하는 것입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

다음은 Ardebili와의 길이와 명확성을 위해 편집된 Tech Briefs 인터뷰입니다.

기술 개요: 셀 수 없을 만큼 많았을 거라 확신하는데, 이번 프로토타입을 개발하면서 직면했던 가장 큰 기술적인 어려움은 무엇이었나요?

타기 쉬운 : 네, 어려운 점이 많았습니다. 특히 이 프로젝트는 현재 상태에 도달하는 데 5년 이상이 걸렸습니다. 주요 장애물은 패브릭과 배터리 기능의 통합이었습니다.

기술 개요: 어떻게 작동하는지 간단하게 설명해주실 수 있나요?

타기 쉬운 : 리튬의 결합과 분리(intercalation)를 통해 전하를 제공하는 전기화학적 활물질을 은색 신축성 원단 위에 코팅, 증착시킨 전지입니다. 리튬 이온이 배터리 내부의 음극과 양극 사이를 왕복하면서 직물과 고분자 전해질의 신축성으로 인해 배터리도 동시에 늘어날 수 있습니다.

기술 개요