개발된 마이크로 슈퍼커패시터

[아시아경제 황준호 기자] 머리카락보다 얇은 두께를 가진 초박막 에너지 저장장치가 개발됐다. 이 장치는 종이처럼 접어도 성능이 유지되며 1000번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장용량을 유지한다. 연구진은 추가 연구를 통해 전자 피부 등 다양한 웨어러블 기기에 이 에너지 저장장치를 활용할 수 있을 것으로 예상했다.

이성원 대구경북과학기술원 교수의 연구팀은 물리적인 힘에도 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 초박막 에너지 저장장치를 개발했다고 23일 밝혔다. 관련 연구 결과는 국제 학술지인 나노에너지에 최근 실렸다.

마이크로 슈퍼커패시터 제작 방법

이 장치는 총 두께 23마이크로미터(μm) 수준의 박막으로 구성됐다. 약 40마이크로미터(μm)인 머리카락의 절반에 해당하는 두께다. 이 장치는 단위 면적당 저장용량 7.91밀리패럿(mF/cm2)의 성능을 갖췄다. 1000번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장용량을 유지한다. 물리적으로 매우 유연해 다양한 용도로 활용이 가능하다.

연구팀은 스프레이 용액공정으로 그래핀 잉크를 도포해 활성 전극으로 활용하는 대량 생산 방식을 통해 이 장치를 구현했다. 기존 잉크를 수직으로 분사하던 스프레이 공정 대신 45도 각도로 분사하는 스프레이 공정을 통해 기존 대비 단위 면적당 30%이상 더 높은 에너지 저장 효율 확보에 성공했다.

소자의 물리적 안정성 데이터

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

이성원 교수는 "이번 연구를 통해 기존의 배터리나 슈퍼커패시터에 비해 얇고, 피부처럼 굴곡진 표면에서도 강한 접착력과 내구성을 보장하는 슈퍼커패시터를 개발했다"며 "아직 기존 배터리와 비교하면 총 에너지 저장용량이 다소 낮아 관련 연구를 계속해서 진행할 예정"이라고 말했다.

그는 이어 "이 장치를 상용화 하는데는 대략 3~5년 정도 시간이 필요할거라 생각한다"라며 "단위면적, 부피당 효율은 우수하지만 기존의 배터리와 비교해 총 에너지 용량이 부족해, 이를 보완하고 동작하는 소자의 에너지 소비량을 줄이는 연구가 필요하다"라고 밝혔다.