DGIST, 머리카락보다 얇은 초박막 에너지 저장장치 개발

DGIST 신물질과학전공 이성원(완쪽) 교수와 난다나팔리(Nandanapalli) 박사 후 연구원. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양) 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀이 물리적인 힘에도 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 초박막 에너지 저장 장치를 개발했다.

기존보다 더 얇고 유연하며 우수한 기계적 안정성도 함께 갖춰 향후 전자 피부와 같은 다양한 웨어러블 기기 등에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이성원 교수 연구팀은 기존의 딱딱한 배터리 대신 슈퍼커패시터를 0.1밀리미터(㎜) 이하의 초박막 형태로 제작했다. 이 슈퍼커패시터는 총 두께 23마이크로미터(㎛), 단위 면적당 저장 용량 7.91밀리패럿(mF/㎝2)을 가진다. 이는 약 40마이크로미터(㎛)인 머리카락의 절반에 해당하는 두께다.

1천 번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장 용량을 보여 기존 배터리보다 물리적으로 매우 유연하면서도 반복되는 충·방전에도 물성이 변하지 않는 장점을 지닌다.

또한 이 교수 연구팀은 스프레이 용액 공정으로 그래핀 잉크를 도포해 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.

이성원 교수는 "이번 연구를 통해 기존의 배터리나 슈퍼커패시터에 비해 얇고, 피부처럼 굴곡진 표면에서도 강한 접착력과 내구성을 보장하는 슈퍼커패시터를 개발했다"고 말했다.