KAIST(총장 신성철) 양민양 기계공학과 교수 연구팀이 고성능 필름형 차세대 전지를 저렴하고 간단한 방법으로 제작하는 데 성공했다.
11일 KAIST에 따르면 ‘슈퍼커패시터’로 불리는 이 전지는 전극에 전해질 이온이 흡착하는 반응을 통해 전력을 저장한다.
기존 리튬이온배터리와 비교해 월등히 빠른 충전 속도와 반영구적 수명을 가져 차세대 에너지 저장소자로 각광받는다.
유연한 기판에 제조되는 필름형 슈퍼커패시터는 웨어러블과 유연 전자소자의 회로에 직접 연결해 전원 역할을 할 수 있다.
기존 유연한 필름 위에 높은 표면적의 금속 전극을 형성하기 위해 포토리소그래피나 진공증착 등 반도체 공정을 이용했다. 금속 전극 표면적 향상을 위해 추가로 고가 설비와 2단계 화학 공정도 필요했다. 반면 KAIST 연구팀이 개발한 기술은 빠르고 저렴하며 간단한 레이저 성장 소결 공정 기술을 구현했다.
나노미터 단위 기공을 갖는 초 다공성은 전극을 제조하는 기술로 이를 슈퍼커패시터 전극으로 적용하는 데 성공했다. 레이저만을 이용해 은 미세 패턴을 형성하는 동시에 다공성 나노구조를 생성해 10단계 이상 소요되던 세부 제조 과정을 1단계로 줄였다.
연구팀은 기존 금속 나노 용액과 비교해 저렴한 무입자 유기금속 이온 화합물 용액을 사용했다.
연구팀은 단일물질 대칭 구조의 슈퍼커패시터 전극과 달리 서로 다른 금속산화물(이산화망간·산화철)을 각각 양극과 음극으로 비대칭 적용해 구동 전압을 크게 향상했다. 양민양 교수는 “전원까지 포함하는 진정한 의미의 완전한 유연 전자기기 현실화에 더 가까워졌다”며 “필름형 슈퍼커패시터 활용 폭을 크게 넓힐 것으로 기대한다”고 말했다.
이재학 박사과정이 1저자로 참여한 연구 논문은 영국왕립화학회 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’(Journal of Materials Chemistry A) 지난해 12월 21일 자 표지논문에 선정됐다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr