[그린포스트코리아 김동수 기자] 국내 연구진에 의해 스티커처럼 자유롭게 땠다 붙일 수 있는 이차전지 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원 분리변환소재연구실 윤하나 박사는 KAIST 기계공학과 김영진 교수, 부산대 광메카트로닉스공학과 김승철 교수와 공동으로 ‘고팽창 그래핀 전극 기반의 자유롭게 탈부착 가능한 스티커형 마이크로 슈퍼커패시터 기술’을 개발했다고 25일 밝혔다.

마이크로 슈퍼커패시터는 얇은 판상의 초소형 고성능 에너지저장소자를 말한다.

최근 가볍고 소형화된 웨어러블 디바이스의 수요가 증가하는 한편 다양한 분야에서 적용되고 있어 전원 공급 외 추가적 기능성을 가진 에너지저장소자 기술 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한 인체의 변형에 따라 변형이 가능한 웨어러블 디바이스 에너지저장소자는 디자인의 유연성과 안전성을 가지며 장시간 작동 가능해야 한다. 하지만 기존 배터리 형태는 원통형과 각형, 파우치형 등으로 유연성이 부족하고 에너지 저장용량 직접화에 한계가 있었다. 그 결과 웨어러블 디바이스나 고집적화가 필요한 마이크로 소자 등 초소형 기기에 적용하는 데 문제가 있었다.

기존 웨어러블 디바이스용 에너지저장소자는 리튬박막전지가 사용됐다. 리튬박막전지는 마이크로미터 두께의 얇은 필름 형태로 만드는 데 리튬을 포함하는 특성상 선천적 위험성을 내포하고 있으며 사이클 수명이 낮은 단점이 있다.

연구진은 극초단 레이저 공정 기술을 응용해 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 구조적 유연성을 가지면서도 원하는 곳에 자유롭게 탈부착이 가능한 스티커 형태의 마이크로 슈퍼커패시터를 개발하는 데 성공했다. 

극초단 레이저는 순간적으로 최대 출력을 발생시킬 수 있으므로 고팽창의 특수한 그래핀 전극을 제작할 수 있다. 여기에 접착 특성을 갖는 고분자 재료를 고팽창 그래핀 내부에 적용, 접착성을 유지하면서 전극 성능과 내구성이 확보된 스티커 형태의 마이크로 슈퍼커패시터 소자를 제작했다.

또한 연구진은 표면에 도파민이라는 레독스 활성화 분자를 도입했다. 이를 통해 기존의 리튬박막전지 수준의 부피당 에너지 밀도를 가지며 출력 밀도는 13배 이상 높은 우수한 성능의 스티커형 에너지저장소자를 개발했다.

윤하나 박사는 “이번에 개발된 스티커형 마이크로 슈퍼커패시터는 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 밝혔다.

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