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| 고팽창 그래핀 전극 기반의 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 마이크로 수퍼커패시터 기술’을 개발한 한국에너지기술연구원 윤하나 박사팀 등 국내연구는 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 2019년 12월 27일 게재됐다.(자료출처=케미컬 엔지니어링 저널/제공=에너지기술연구원 윤하나 박사팀) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 한국에너지기술연구원은 분리변환소재연구실 윤하나 박사가 KAIST 기계공학과(김영진 교수), 부산대 광메카트로닉스공학과(김승철 교수)와 공동으로 ‘고팽창 그래핀 전극 기반의 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 마이크로 수퍼커패시터 기술’을 개발했다고 26일 밝혔다.
최근 가볍고 소형화된 웨어러블 디바이스 및 고기능화 IoT 기기의 수요가 증가함에 따라 새로운 전원 수집·저장·관리 기술이 요구되고 있다.
또 광범위한 분야에서 웨어러블 디바이스 및 IoT 기기가 적용되고 있어 전원 공급 외에 추가적인 기능성을 가진 에너지저장소자 기술에 관한 연구들이 매우 활발히 진행되고 있다.
이에 박막리튬이온전지를 대체할 차세대 에너지저장장치로 마이크로 수퍼커패시터(micro-supercapacitor, MSC)가 많은 관심을 받고 있다.
기존의 수퍼커패시터는 높은 출력밀도 (리튬이온 전지의 약 10배)와 안정성, 충·방전 효율, 반영구적이며 빠른 충방전 사이클 특성 등의 장점이 있으나 무게당 에너지밀도가 리튬이온전지의 1/10 수준으로 낮아서 현재까지는 제한적인 응용분야에만 사용돼 왔다.
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 극초단 레이저 공정 기술을 응용해 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 구조적 유연성을 가지면서도 어떠한 물체나 표면 등 원하는 곳에 자유롭게 탈부착이 가능한 스티커 형태의 마이크로 수퍼커패시터를 개발하는데 성공했다.
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| 고팽창 그래핀 전극 기반의 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 마이크로 수퍼커패시터 기술’을 개발한 한국에너지기술연구원 윤하나 박사팀 등 국내연구는 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 2019년 12월 27일 게재됐다.(자료출처=케미컬 엔지니어링 저널/제공=에너지기술연구원 윤하나 박사팀) |
연구과정을 보면 극초단 레이저에 관심을 두고 연구를 진행했다.
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.
이 연구결과에 의하면 기존의 리튬박막전지 수준의 부피당 에너지 밀도를 가지며 부피당 출력 밀도는 13배 이상 높은 우수한 성능의 스티커형 에너지저장소자를 개발할 수 있다.
한국에너지기술연구원 윤하나 박사는 “이번에 개발된 스티커형 마이크로 수퍼커패시터는 차세대 웨어러블 디바이스나 IoT 기기 등에 쉽게 탈부착이 가능할 뿐만 아니라 친환경적 배터리 기술로서 기존의 리튬 기반의 에너지 저장소자 기술의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 2019년 12월 27일 게재됐다.
