국내 연구진이 머리카락보다 얇은 초박막 에너지 저장장치를 개발했다. 우수한 기계적 안정성을 갖춰 전자피부와 같은 다양한 웨어러블 기기 개발에 활용 가능할 전망이다.
대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이성원 교수 연구팀이 물리적인 힘에도 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 초박막 에너지 저장장치를 개발했다고 23일 밝혔다.
연구팀은 기존 딱딱한 배터리 대신 슈퍼커패시터를 0.1밀리미터(㎜) 이하 초박막 형태로 제작하는 데 성공했다. 머리카락보다 얇은 두께로, 종이처럼 접어도 안정적인 에너지 공급이 가능할 만큼의 기계적 유연성을 갖췄다.
연구팀이 완성한 슈퍼커패시터는 총 두께 23마이크로미터(㎛), 단위 면적당 저장용량 7.91밀리패럿(mF/㎠)이다. 이는 약 40㎛인 머리카락 절반에 해당하는 두께다. 1000번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장용량을 보였다. 기존 배터리보다 물리적으로 매우 유연하면서도 반복되는 충·방전에도 물성이 변하지 않는 장점을 지닌다.
또 스프레이 용액공정으로 그래핀 잉크를 도포해 활성 전극으로 활용하는 대량 생산 방식을 적용했다. 기존에 잉크를 수직으로 분사하던 스프레이 공정 대신 45도 각도로 분사하는 스프레이 공정을 채택해 기존 대비 단위 면적당 30% 이상 높은 에너지 저장 효율을 확보했다. 수직 분사 공정 중 중력에 의해 스프레이 입자가 눌려 에너지 효율이 낮아지는 문제점을 해결했다.
이성원 교수는 “기존 배터리나 슈퍼커패시터에 비해 얇고, 피부처럼 굴곡진 표면에서도 강한 접착력과 내구성을 보장하는 슈퍼커패시터를 개발했다”면서 “아직 기존 배터리와 비교하면 총 에너지 저장용량이 다소 낮아 관련 연구를 계속해서 진행할 예정”이라고 말했다.
윤영훈 DGIST 신물질과학전공 석사졸업생과 난다나팔리 박사 후 연구원 등이 참여해 이뤄낸 이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 '나노 에너지'에 온라인판에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
