대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이성원 신물질과학전공 교수 연구팀이 단층 그래핀과 금속산화물 이종접합 물질을 이용해 얇고 유연하면서도 기계적 안정성이 우수한 에너지 저장소자를 개발했다고 19일 밝혔다. 개발된 에너지 저장소자는 피부 부착형 웨어러블 기기의 보조 전원으로 활용이 기대된다.
원격진료가 각광 받으며 웨어러블 소자와 센서 개발에 관심이 쏠리고 있다. 그러나 웨어러블 소자와 센서를 작동시키는데 필요한 에너지 저장 소자인 슈퍼커패시터 소형화나 유연화 개발은 아직 초기 단계다. 슈퍼커패시터 형체를 변형시킬 만큼 굽히면 물리적 안정성 확보가 어려워 실용화에 한계가 있다. 대안으로 값싼 필름 형태 에너지 저장소자가 연구되고 있고, 이 가운데 그래핀은 우수한 전기적 특성과 넓은 표면적을 갖고 있어 다양한 연구를 거쳐 슈퍼커패시터에도 활용되고 있다.
연구팀은 0.1㎜ 이하 초박막 형태로 슈퍼커패시터를 제작, 접어도 사용 가능한 기계적 유연성을 확보했다. 웨어러블 제품의 에너지 소자로 피부에 부착하더라도 자유로운 움직임 속에서 특성 변화 없이 안정적으로 에너지를 공급한다.
개발된 슈퍼커패시터는 단층 그래핀 위에 금속산화물을 성장·접합시켜 제작한 것으로, 산업 현장에서 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례로 의미가 크다.
이성원 교수는 “이번 연구를 통해 완성한 슈퍼커패시터는 총 두께 30마이크로미터(㎛)로, 1000번 충·방전해도 동일한 저장용량을 보장해 물성이 변하지 않는 장점을 갖고 있다”면서 “다른 상용 배터리보다 다소 낮은 총 에너지 저장용량을 해결하기 위해 추가적인 연구를 계속해나갈 예정”이라고 밝혔다.
이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 난다나팔리 박사 후 연구원 등이 참여했고, 최근 에너지 분야 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 온라인에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
