고무처럼 죽죽 늘어나는 에너지 저장 소자, 레이저 기술로 완성하다

포스텍· 한국생산기술연구원, 레이저 기술로 신축성 에너지 저장 소자 개발

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.

연구 이미지. 포스텍 제공

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. 

연구진(왼쪽부터 김진곤 교수, 김건우 박사, 양찬우 박사, 박성주 연구원). 포스텍 제공

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.

포항=이영균 기자 [e-mail]