서강대 문준혁 교수팀, 반도체 기술 이용 탄소 전극 합성 기술 개발

온칩 에너지 저장소자(on-chip energy device), 차세대 웨어러블 디바이스에 적용 기대

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서강대 문준혁 교수팀, 반도체 기술 이용 탄소 전극 합성 기술 개발
웨이퍼에 다중으로 제작된 탄소전극/에너지소자 셀(왼쪽부터), 하나의 셀. 다층 미세패턴의 탄소전극의 전자현미경 사진.

서강대학교 화공생명공학과 문준혁 교수 연구팀은 24일 반도체 공정에서 사용되는 리소그래피 기술을 통해 3차원 네트워크 구조를 갖는 탄소 전극 합성 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구결과는 에너지 및 재료 분야의 세계적 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 8월 23일 온라인판에 게재됐다(교신저자: 문준혁, 제 1저자: 김철호 박사과정).

탄소 전극은 리튬전지나 수퍼커패시터와 같은 전기화학적 에너지 저장소자의 필수재료다. 기존의 탄소 전극은 탄소 입자가 분산된 용액을 코팅하는 화학적인 방법으로 제작됐다.

서강대 문준혁 교수팀은 이와 같은 용액공정이 아닌, 리소그래피 공정을 이용해 탄소 전극을 제작했다. 리소그래피 기술은 반도체 소자를 위한 미세패턴을 형성하는 기술이다. 연구팀은 고분자의 미세패턴을 탄화하여 탄소패턴을 제작했으며, 특히 3차원 리소그래피 공정을 이용해 다층의 탄소 패턴을 제작했다. 이렇게 만들어진 탄소 전극은 정밀하게 제어된 미세기공 구조를 포함하는 특징을 갖는다.

문준혁 교수팀은 리소그래피 탄소전극을 이용해 소형 수퍼커패시터 칩을 만들었으며, 매우 빠른 충방전과 높은 밀도의 에너지 저장 특성을 확인했다.

문준혁 교수는 "반도체 공정을 이용한 에너지 저장소자의 제작은, 반도체 소자와 함께 배터리를 만드는 것을 그 예로 들 수 있다. 이와 같은 온칩 에너지 저장소자(on-chip energy device)는 차세대 웨어러블 디바이스 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다"라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 C1리파이너리사업과 우주핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 김광태기자 ktkim@dt.co.kr




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