한국과학기술원(KAIST)은 김영진 기계공학과 교수팀과 윤하나 한국에너지기술연구원에너지저장연구실 연구원팀이 '극초단 펨토초 레이저 직접 묘화 기술'을 기반으로, 세계최초 낙엽 상 그래핀 무기 하이브리드 마이크로 슈퍼커패시터 제작에 성공했다고 13일 밝혔다.
마이크로 슈퍼커패시터는 얇은 판상의 초소형 슈퍼커패시터다. 높은 전력 밀도, 긴 수명 및 짧은 충전 시간으로 큰 관심을 끈다. 폐전지 발생 증대로 수거, 재활용 및 처리 과정 이슈가 있다.
연구팀은 친환경 생분해성 바이오매스인 낙엽 위에 추가 재료 없이 펨토초 레이저 펄스를 조사해, 대기 중에서 특별한 처리 없이 단일 단계로 높은 전기 전도성을 지닌 미세 전극인 3D 다공성 그래핀을 생성하는 기술을 개발했다.
또 이를 활용해 유연한 마이크로 슈퍼커패시터를 제작하는 방안을 제시했다. 낙엽으로부터 쉽고 저렴하며 빠르게 다공성 그래핀-무기결정 하이브리드 전극을 제작할 수 있음을 보였다. 제작된 그래핀 마이크로 슈퍼커패시터 성능도 검증했다.
김영진 교수는 “현재 감당이 어려운 산림 바이오매스인 낙엽을 차세대 에너지 저장 소자로 재사용함으로써, 폐자원의 재사용 및 에너지 선순환 시스템 확립을 가능하게 한다”고 말했다.
윤하나 박사는 “이번 기술은 친환경 산업의 기술 혁신 및 고부가가치 신재생에너지 및 이차전지 사업으로써의 신시장 창출뿐 아니라 국가의 사회적, 경제적 비용을 크게 감소시킬 수 있을 것이며, 더 나아가 웨어러블 전자 제품 및 스마트 홈이나 사물인터넷(IoT)에도 적용될 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 한국농림축산식품부의 기획평가원 지원사업과 산림청의 산림과학기술 연구개발사업 및 한국에너지기술연구원 주요사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
