1000번 구겨도 성능 그대로… 얇은 축전기 개발

DGIST 이성원 교수 연구팀, 슈퍼커패시터 개발
에너지 저장용량 높이는 연구개발 진행할 예정

대구경북과학기술원 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀이 물리적 힘에도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 초박막 축전기 '슈퍼커패시터'를 머리카락보다 얇은 두께인 23마이크로미터로 개발했다. DGIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 1000번 넘게 구기고 충전과 방전을 거듭해도 성능이 유지되는 축전기를 개발했다. 이 축전기는 머리카락보다 얇게 만들어져 피부에 붙여 생체신호를 읽어내는 웨어러블 부품에 연결해 사용될 것이라고 연구진은 전망했다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀이 물리적 힘에도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 초박막 축전기 '슈퍼커패시터'를 개발했다고 23일 밝혔다. 연구진은 딱딱한 기존 배터리 대신 축전기를 0.1mm 이하의 초박막 형태로 제작하는데 성공했다.

연구진이 완성한 슈퍼커패시터는 총 두께 23μm(마이크로미터), 단위 면적당 저장용량 7.91밀리패럿(mF/㎠)을 가진다.

이는 약 40μm인 머리카락의 절반에 해당하는 두께다. 1000번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장용량을 보여, 기존 배터리보다 물리적으로 매우 유연하면서도 반복되는 충·방전에도 물성이 변하지 않는 장점을 지닌다.

이성원 교수는 "아직 기존 배터리와 비교하면 총 에너지 저장용량이 다소 낮아 관련 연구를 계속해서 진행할 예정"이라고 말했다.

준비된 기판위에 마스크를 붙인다. 그 후 금을 증착하고 바로위에 그래핀 잉크를 스프레이 공정으로 올린다. 리튬클로라이드 용액과 PVA 고분자를 섞은 전해질 용액을 도포 후 80도에서 열처리를 해준다. DGIST 제공

또한 연구진은 스프레이 용액공정으로 그래핀 잉크를 입혀 활성 전극으로 활용하는 대량 생산 방식을 적용했다. 이때, 기존에 잉크를 수직으로 분사하던 스프레이 공정 대신 45도 각도로 분사하는 스프레이 공정을 진행, 기존 대비 단위 면적당 30%이상 더 높은 에너지 저장 효율 확보에 성공했다. 연구진은 이렇게 해서 수직 분사 공정 중 중력에 의해 스프레이 입자가 눌려 에너지 효율이 낮아지는 문제점을 간단하게 해결했다고 설명했다.

이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 윤영훈 석사졸업생과 난다나팔리 박사 후 연구원 등이 참여했으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 '나노 에너지'에 지난 7일 온라인판에 게재됐다.

한편, 원격진료사회가 가까워지며 웨어러블 소자 및 센서 개발이 많은 주목을 받고 있다.

이 때 웨어러블 소자와 센서를 작동시키는데 필요한 에너지를 저장하는 소자인 슈퍼커패시터를 작고 유연하게 만들어 물리적인 힘에도 안정적인 작동을 보장하게끔 개발하는 연구는 아직 시작단계에 머물러 있다.

[e-mail] 김만기 기자