양민양 KAIST 기계공학과 교수
약품처리 없이 레이저 활용 제조
약품처리 없이 레이저 활용 제조
KAIST 기계공학과 양민양 교수(사진)팀은 고성능의 필름형 슈퍼커패시터를 저렴하고 간단한 방법으로 제작하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.
슈퍼커패시터는 기존 리튬이온전지와 비교해 월등하게 빠른 충전 속도와 반영구적인 수명을 가진 차세대 에너지 저장소자다. 특히 유연한 기판에 제조되는 필름형 슈퍼커패시터는 웨어러블 전자소자의 회로에 직접 연결돼 전원 역할을 할 수 있어 핵심 전력 소자로 주목 받고 있다.
기존에는 유연한 필름 위에 넓은 표면적의 금속 전극을 형성하기 위해 포토리소그래피, 진공증착 등의 반도체 공정을 이용했다. 또 금속전극의 표면적을 넓히기 위해 추가로 고가의 설비와 2단계의 유독한 화학 공정이 필요했다.
연구팀은 보다 빠르고 저렴하며 간단한 방법인 레이저 성장 소결 공정 기술을 개발했다. 이는 나노미터 단위의 기공을 갖는 초다공성 은 전극을 제조하는 기술로, 슈퍼커패시터의 전극으로 적용하는 데 성공했다. 연구팀은 레이저만을 이용해 은 미세 패턴을 형성하는 동시에 내부에 다공성 나노구조를 생성해 10단계 이상이었던 세부 제조 과정을 1단계로 간소화했다. 또 일반적인 단일물질 대칭 구조의 슈퍼커패시터 전극과 달리 이산화망간과 산화철을 각각 양극과 음극에 적용해 구동 전압을 크게 높였다. 이렇게 만든 슈퍼커패시터는 4초 내 초고속 충전이 가능했고, 5000번 이 상 내구성 테스트에서 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.
양 교수는 "앞으로 웨어러블 및 유연 전자기기 기판에 포함돼 전력을 공급할 수 있을 것"이라며 "전원까지 포함한 진정한 의미의 유연 전자기기의 현실화가 가까워졌다"고 말했다.
이번 연구결과는 재료·화학분야 국제 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A'에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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