[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 양민양<사진> 교수 연구팀이 고성능의 필름형 차세대전지(슈퍼커패시터)를 기존보다 저렴하고 간단한 방법으로 제작할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 11일 밝혔다.
슈퍼커패시터는 기존의 리튬이온배터리에 비해 월등하게 빠른 충전 속도와 반영구적 수명을 갖추고 있어 차세대 에너지 저장소자로 각광받고 있다.
유연한 기판에 제조되는 필름형 슈퍼커패시터는 웨어러블 및 유연 전자소자의 회로에 직접 연결돼 전원 역할을 할 수 있는 것이 장점이다.
기존에는 유연한 필름 위에 높은 표면적의 금속 전극을 형성하기 위해 포토리소그래피, 진공증착 등의 반도체 공정을 이용했으며, 금속전극의 표면적 향상을 위해 추가적으로 고가의 설비와 2단계의 유독한 화학 공정이 필요했다.
연구팀은 이 같은 문제점을 해결하기 위해 보다 빠르고 간단한 방법인 레이저 성장 소결 공정 기술을 개발했다. 이는 나노미터 단위의 기공을 갖는 초다공성 은(銀) 전극을 제조하는 기술로 슈퍼커패시터의 전극으로 적용하는데 성공, 10단계 이상 소요되던 세부 제조과정을 1단계로 간소화했다.
연구팀은 일반적인 단일물질 대칭구조의 슈퍼커패시터 전극과 달리 이종(異種)의 금속산화물(이산화망간과 산화철)을 각각 양극과 음극으로 비대칭 적용해 구동 전압을 크게 향상시켰다.
4초 내 초고속 충전이 가능하고 5000번 이상의 내구성 테스트에서도 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.
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| 연구팀이 제조한 필름형 슈퍼커패시터와 성능 비교 [제공=KAIST] |
양 교수는 “이번 연구 결과는 향후 웨어러블 및 유연 전자기기 기판에 포함돼 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장소자로 사용 가능하다”며 “전원까지 포함하는 진정한 의미의 완전한 유연 전자기기의 현실화에 더 가까워졌다”고 말했다.
이번 연구성과는 재료화학분야 국제학술지인 영국화학회 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’ 12월 21일자 표지논문에 선정됐다.
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