포스텍 '영하 20도·망치질 견디는 하이드로겔 전해질' 개발

추운 날씨와 충격 흡수

[포항=뉴시스] 포스텍 신소재공학과 김연수 교수·정태훈 박사 연구팀이 영하 20도에도 유연성을 유지하며 외부 충격까지 흡수하는 유연 슈퍼커패시터용 하이드로겔 전해질을 개발했다. 사진 왼쪽부터 김 교수, 정 박사, 박소연 석사.  (사진=포스텍 제공) 2026.10.29. [email protected]다

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포스텍은 신소재공학과 김연수 교수·정태훈 박사(미국 위스콘신대 매디슨 박사후연구원)·박소연 석사 연구팀이 화학과 박수진 교수, 배터리공학과·화학공학과 조창신 교수와 영하 20도에 유연성을 유지하며 외부 충격까지 흡수하는 유연 슈퍼커패시터용 하이드로겔 전해질을 개발했다고 29일 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널' 온라인 판에 실렸다.

몸에 붙이는 건강 패치나 소프트 로봇처럼 몸을 따라 움직이는 기기에는 휘고 눌려도 멈추지 않는 전원이 필요하다. 물을 머금은 고분자 그물망인 '하이드로겔'은 젤리처럼 말랑해 전기를 실어 나르는 전해질로 주목 받고 있다.

하지만 젤리를 냉동실에 넣으면 꽁꽁 얼듯, 하이드로겔도 추위에 물이 얼면 딱딱해져 부서지고 이온도 움직이지 못한다. 튼튼하게 만들려고 그물망을 촘촘히 짜면 이온이 지나갈 틈이 좁아지는 문제도 있다.

연구팀은 '역할 분담'에 답을 찾았다. 하나의 젤 안에 '힘을 버티는 구역'과 '이온이 다니는 구역'을 따로 만드는 '상분리' 구조다.

[포항=뉴시스] 포스텍 신소재공학과 김연수 교수·정태훈 박사 연구팀이 영하 20도에 유연성을 유지하며 외부 충격까지 흡수하는 유연 슈퍼커패시터용 하이드로겔 전해질을 개발했다. 사진은 나노 점토인 라포 나이트를 활용한 상분리형 하이드로겔 전해질의 구조와 기능. (사진=포스텍 제공) 2026.10.29. [email protected]

연구팀은 물과 잘 어울리는 재료(친수성)와 물을 싫어하는 재료(소수성)를 섞어, 나노 크기의 점토인 라포나이트를 푼 물 속에서 굳혔다. 그러자 점토와 고분자가 뭉친 단단한 '뼈대'와 물이 풍부한 '이온 통로'가 자연스럽게 나뉘었다. 뼈대는 충격을 흡수하고, 통로는 이온이 막힘없이 오가게 했다.

여기에 도로에 염화칼슘을 뿌려 얼음을 막듯, 젤을 진한 염화리튬 용액에 담가 물이 얼지 않게 했다. 그 결과 새 젤은 비교 젤보다 잘 찢어지지 않고 버티는 정도(인성)가 21배, 이온이 흐르는 정도(이온 전도)가 2.4배 높았고, 영하 20℃에도 말랑함과 이온 전달 특성을 유지했다.

충격 완충 성능도 확인됐다. 영하 20도에 쇠망치를 15cm 높이에서 떨어뜨리자, 맨 유리와 얼어버린 일반 젤로 덮은 유리는 깨졌지만 연구팀이 개발한 젤을 덮은 유리는 연속적인 충격에도 멀쩡했다. 이 젤로 만든 슈퍼 커패시터는 영하 20도에서 180도로 구부려도 정상 작동했고, 5000회 충방전 후에도 처음 성능의 91.6% 이상을 유지했다.

김연수 교수는 "하이드로겔 안에서 힘을 견디는 영역과 이온을 전달하는 영역이 역할을 나누도록 설계해, 기계적 물성과 이온 전도성을 함께 높인 것이 핵심"이라고 설명했다.

한편 이 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단 선도연구센터 지원, 나노 및 소재 기술 개발 및 신진 연구 지원을 받아 이뤄졌다.


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