최근 미국 노스캐롤라이나 주립대 (N.C. State University) 연구원에서 전기 에너지를 저장할 수 있는 원사의 전기적 오작동 위험을 방지하는 기술을 개발했다. 연구진에 따르면 이 기술의 개발로 착용자의 움직임과 전력 센서 및 웨어러블 전자 장치에서 에너지를 감지하는 ‘스마트 섬유'의 개발을 진행하는 데 획기적인 도움을 줄 수 있을 것이라고 밝혔다.

연구진은 절연 섬유로 실을 감아 에너지를 저장하는 전기 장치인 슈퍼 커패시터 역할을 하는 실의 단락을 방지할 수 있다고 밝히고 또한 실의 강도와 내구성을 테스트하여 뜨개질과 직조 과정을 거친 후에도 여전히 작동할 수 있는지 확인했다.

섬유공학과 부교수인 Wei Gao는 “배터리와 같은 기능을 하는 슈퍼커패시터를 이용하여 T셔츠나 스웨터를 짜거나 뜨개질할 수 있는 섬유 원사 형태의 유연한 배터리를 연구하고 있으며 이 실을 직물로 제직하여 전기 에너지 저장은 물론 센서, 조명 등 핸드폰과 같은 모든 전자 장치에 전력을 공급하는 데 이 실을 사용할 수 있다."고 밝혔다.

그 동안 ”원사 모양의 슈퍼커패시터"에 대한 연구가 계속되어 왔지만 실 모양의 슈퍼커패시터는 길이가 증가함에 따라 단락될 가능성이 커 단락으로 인해 전류가 의도하지 않은 경로를 통해 흐를 때 열 에너지가 폭발하거나 화재가 발생할 수 있는 안전 문제로 실용화하는 데는 한계가 있었다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 슈퍼 커패시터 얀 전극을 절연 섬유로 감쌀 때 생기는 문제를 집중적으로 테스트하고 스레드가 물리적 힘에 작용하여 반대쪽 전극이 서로 접촉되고 단락되는 것을 방지하는 기술 개발에 이르게 되었다고 밝혔다. 전극을 전원에 연결하고 장치의 전류 응답을 기록하여 장치의 성능을 테스트한 결과 10,000번의 충방전 후에도 원사가 초기 에너지의 90%를 유지한다는 것을 발견했으며 실 모양의 슈퍼커패시터로 직물에 짜서 굽힘과 늘어남을 견딜 수 있는지 여부를 테스트한 결과 구부리고 늘리고 눌렀을 때 모든 기계적 변형 후에도 원래의 전기적 성능을 유지할 수 있을 만큼 충분히 유연하고 본래의 성능을 유지했다고 밝혔다.

이 프로젝트의 산업 파트너인 Storagenergy Technologies Inc.社는 재료 혁신과 공정 엔지니어링의 확장성과 장치 개발을 통해 수천 미터의 고성능 원사의 대량 생산에 들어갈 것이라고 밝혔다.