국내 연구진 '자유롭게 탈부착' 스티커형 이차전지 기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 이차전지 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원(김종남 원장)은 분리변환소재연구실 윤하나 박사가 KAIST 기계공학과, 부산대 광메카트로닉스공학과와 ‘고팽창 그래핀 전극 기반의 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 마이크로 수퍼커패시터 기술’을 개발했다고 25일 밝혔다.

인체의 변형에 따라 유연한 변형이 요구되는 웨어러블 디바이스 에너지저장소자는 디자인의 유연성, 안전성을 가지면서 장시간 작동해야 한다.

하지만 기존 배터리의 형태는 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구조의 유연성이 부족하고 에너지 저장용량 집적화에 한계가 있어 차세대 웨어러블 디바이스나 고집적화가 필요한 마이크로 소자 등 초소형 기기에 적용하는데 한계가 있다.

이에 연구팀은 극초단 레이저 공정 기술을 응용해 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 구조적 유연성을 가지면서 어떠한 물체나 표면 등 원하는 곳에 자유롭게 탈부착이 가능한 스티커 형태의 마이크로 수퍼커패시터를 개발했다.

극초단 레이저는 순간적으로 최대 출력을 발생시킬 수 있기 때문에 고팽창의 특수한 그래핀 전극을 제작할 수 있다.

여기에 접착 특성을 가지는 고분자 기재를 고팽창 그래핀 내부에 함침시켜 접착성을 유지하면서도 우수한 전극 성능과 내구성이 확보된 스티커 형태의 마이크로 수퍼커패시터 소자를 제작할 수 있다.

또 홍합 모방 표면 개질을 통해 스티커형 마이크로 수퍼커패시터의 표면에 도파민이라는 레독스 활성화 분자를 도입했다. 이를 통해 기존의 리튬박막전지 수준의 부피당 에너지 밀도를 가지면서 부피당 출력 밀도는 13배 이상 높은 우수한 성능의 스티커형 에너지저장소자를 개발할 수 있었다.

에너지연 윤하나 박사(교신저자)는 “이번에 개발된 스티커형 마이크로 수퍼커패시터는 차세대 웨어러블 디바이스나 IoT 기기 등에 쉽게 탈부착이 가능할 뿐만 아니라 친환경적 배터리 기술로 기존의 리튬 기반의 에너지 저장소자 기술의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

공동연구진인 KAIST 김영진 교수는 “개발한 패터닝 기술은 극초단 레이저 펄스를 통해 빠른 공정시간 내에 재료의 탈락을 최소화하면서 효율적으로 그래핀의 형성을 실현한 것으로, 레이저-유도-그래핀의 다양한 산업적 적용을 촉진시킬 것으로 기대된다"고 했다.

이 기술은 국내 및 해외 특허출원이 완료됐다.

이번 연구 결과는 화학공학 분야의 세계적인 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal)’에 실렸다.

memory444444@nate.com