축전지가 고무처럼 늘어난다

POSTECH·생산기술연구원, 레이저 기술로 신축성 에너지 저장 부품 개발

POSTECH과 생산기술연구원 연구진이 개발한 마이크로 축전지는 손에 착용해 잘 휘어지고 늘어남에도 불구하고 안정적으로 전기에너지를 저장해 LED를 켰다. POSTECH 제공

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH)와 한국생산기술연구원(KITECH) 공동 연구팀이 고무처럼 잘 늘어나고 휘어지는 마이크로 축전지(슈퍼커패시터)를 개발했다. 이 축전지는 1000번을 자유자재로 늘이고 줄여도 에너지 저장 성능이 변하지 않았으며, 이 축전지에 저장된 전기로 LED를 작동시켰다.

19일 POSTECH에 따르면, 폴더블과 롤러블을 넘어, 이제 스트레쳐블 IT 기기를 사용하는 시대가 오고 있어 부피가 작으면서 신축성을 가진 에너지 저장 부품의 개발은 불가피하다. 이러한 목적으로 마이크로 슈퍼커패시터가 이러한 전자 기기를 구동하는 에너지 공급원으로 각광 받고 있다.

그러나, 현재까지는 마이크로 슈퍼커패시터 집전체에 고체 금속인 금을 사용해야 하기 때문에 변형이 아주 제한되어 있다. 집전체는 전극을 지지하는 얇은 금속판으로, 전기 저항이 낮으며, 충전과 방전 중 전기를 만들어내는 활성물질로 전류를 전달한다.

매우 높은 전도성을 가지면서 액체의 특성으로 인해 변형이 용이한 갈륨-인듐 합금 액체 금속을 마이크로 슈퍼커패시터 집전체로 이용할 수 있지만, 갈륨-인듐의 액체 특성 때문에 정밀한 집전체 패턴 제작이 매우 어려운 한계점이 있다.

연구진은 레이저의 강한 에너지를 이용해 갈륨-인듐 합금을 손쉽고 정밀하게 패턴화해 마이크로 슈퍼커패시터의 집전체로 성공적으로 적용했다.

이 집전체로 만든 마이크로 슈퍼커패시터는 1㎠당 전기용량이 1336㎌를 기록했다.

또한 1000번 이상 자유자재로 늘이고 줄여도 에너지 저장 성능이 변하지 않고 안정적으로 에너지를 공급했다.

POSTECH 화학공학과 김진곤 교수는 "레이저 기술은 정밀한 작업이 가능하면서 공정 속도도 매우 빨라 신축성이 우수한 에너지 저장 부품을 개발하고 상용화 할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 김진곤 교수는 POSTECH 김건우 박사와 한국생산기술연구원(KITECH) 양찬우 박사·박성주 석사와 함께 마이크로 슈퍼커패시터의 집전체를 개발해 전자 공학 분야 세계적인 학술지인 'npj 플렉시블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자