연구성과

화공 김진곤 교수팀, 고무처럼 죽죽 늘어나는 에너지 저장 소자, 레이저 기술로 완성하다

2024-04-19 497

[POSTECH · 한국생산기술연구원, 레이저 기술로 신축성 에너지 저장 소자 개발]

화학공학과 김진곤 교수 · 김건우 박사, 한국생산기술연구원(KITECH) 양찬우 박사 · 박성주 석사 공동 연구팀은 신축성이 우수한 소형 에너지 저장 소자를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 전자 공학 분야 세계적인 학술지인 ‘npj 플렉시블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)’에 게재됐다.

폴더블 (foldable)과 롤러블 (rollable)을 넘어, 이제 스트레쳐블 (stretchable) IT 기기를 사용하는 시대가 오고 있어 부피가 작으면서 신축성을 가진 에너지 저장 소자의 개발은 불가피하다. 이러한 목적으로 마이크로 슈퍼커패시터*1 (micro supercapacitor, 이하 MSC)가 이러한 전자 기기를 구동하는 에너지 공급원으로 각광 받고 있다. 그러나, 현재까지는 MSC 집전체에 고체 금속인 금(Au)을 사용해야 하기 때문에 변형이 아주 제한되어 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 인하여 정밀한 집전체 패턴 제작이 매우 어려운 한계점이 있다. 본 연구팀은 레이저의 강한 에너지를 이용하여 EGaIn을 손쉽고 정밀하게 패턴화 하여 MSC의 집전체로 성공적으로 적용하였다.

이렇게 제작된 MSC는 1,000번 이상 자유자재로 늘이고 줄여도 에너지 저장 성능이 변하지 않았다. 또한, 이 소자는 비틀거나 접거나 구겨도 안정적인 에너지 공급이 가능하다는 것을 보여주었다.


김진곤 교수는 “레이저 기술은 정밀한 작업이 가능하면서 공정 속도도 매우 빨라 신축성이 우수한 에너지 저장 소자를 개발하고 상용화에 할 수 있을 것으로 판단한다”고 전했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 창의후속연구사업, 한국생산기술연구원의 제품생산 유연성 확보를 위한 뿌리공정기술 개발사업의 지원으로 진행되었다.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41528-024-00306-2


1. 마이크로 슈퍼커패시터(micro supercapacitor)
전기를 저장한 후 필요시 순간적으로 고출력 전기를 내보내는 장치로 작은 부피에서도 안정적으로 에너지를 저장 · 방출할 수 있다.