포스텍(포항공대)은 화학공학과 김진곤 교수·김건우 박사, 한국생산기술연구원 양찬우 박사·박성주 석사 공동 연구팀은 신축성이 우수한 소형 에너지 저장 소자를 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.
폴더블(foldable)과 롤러블(rollable)을 넘어 이제 스트레쳐블(stretchable) IT 기기를 사용하는 시대가 도래하고 있는 만큼 부피가 작으면서도 신축성을 가진 에너지 저장 소자의 개발은 불가피한 실정이다.
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이러한 목적으로 마이크로 슈퍼커패시터1(이하 MSC)가 이러한 전자 기기를 구동하는 에너지 공급원으로 각광 받고 있다.
마이크로 슈퍼커패시터는 전기를 저장한 후 필요 시 순간적으로 고출력 전기를 내보내는 장치로 작은 부피에서도 안정적으로 에너지를 저장 · 방출할 수 있다.
하지만 현재까지 MSC 집전체에 고체 금속인 금(Au)을 사용해야 하기 때문에 변형이 아주 제한돼 있다.
한편, 매우 높은 전도성을 가지면서 액체의 특성으로 인해 변형이 용이한 갈륨-인듐 합금 액체 금속 (EGaIn)을 MSC 집전체로 이용할 수 있지만, EGaIn의 액체 특성으로 인해 정밀한 집전체 패턴 제작이 매우 어려운 한계점이 있다.
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이 연구팀은 레이저의 강한 에너지를 이용해 EGaIn을 손쉽고 정밀하게 패턴화해 MSC의 집전체로 성공적으로 적용했다.
이렇게 제작된 MSC는 1000번 이상 자유자재로 늘이고 줄여도 에너지 저장 성능이 변하지 않았다.
또한, 이 소자는 비틀거나 접거나 구겨도 안정적인 에너지 공급이 가능하다는 것을 보여줬다.
김진곤 교수는 “레이저 기술은 정밀한 작업이 가능하면서 공정 속도도 매우 빨라 신축성이 우수한 에너지 저장 소자를 개발하고 상용화를 할 수 있을 것으로 판단한다”고 말했다.
이번 연구는 전자 공학 분야 세계적 학술지인 ‘npj 플렉시블 일렉트로닉스’에 게재됐다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 창의후속연구사업, 한국생산기술연구원의 제품생산 유연성 확보를 위한 뿌리공정기술 개발사업의 지원으로 진행됐다.
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