대구경북과학기술원(DGIST)은 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀이 물리적인 힘에도 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 초박막 에너지 저장장치를 개발했다고 23일 밝혔다. 얇고 유연하며 우수한 기계적 안정성도 갖춰 전자 피부와 같은 다양한 웨어러블 기기와 함께 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST에 따르면 이성원 교수 연구팀은 기존의 딱딱한 배터리 대신 슈퍼커패시터를 0.1㎜ 이하의 초박막 형태로 제작하는데 성공했다. 이는 머리카락보다 얇은 두께다. 종이처럼 접어도 안정적인 에너지 공급이 가능할 만큼의 기계적 유연성을 갖추고 있어 웨어러블 소재와 함께 피부에 붙여 보조 에너지 공급원으로 이용하는 것이 가능하다.

연구팀이 완성한 슈퍼커패시터는 총 두께 23마이크로미터(μm), 단위 면적당 저장용량 7.91밀리패럿(mF/㎠)이다. 이는 약 40μm인 머리카락의 절반에 해당하는 두께다. 1천번의 충전과 방전에도 처음과 거의 동일한 저장용량을 보여, 기존 배터리보다 물리적으로 매우 유연하면서도 반복되는 충·방전에도 물성이 변하지 않는 장점을 지닌다.

이 교수 연구팀은 스프레이 용액공정으로 그래핀 잉크를 도포해 활성 전극으로 활용하는 대량 생산 방식을 적용했다. 잉크를 수직으로 분사하던 스프레이 공정 대신 45도 각도로 분사하는 스프레이 공정을 진행, 기존 대비 단위 면적당 30% 이상 더 높은 에너지 저장 효율을 확보했다. 수직 분사 공정 중 중력에 의해 스프레이 입자가 눌려 에너지 효율이 낮아지는 문제점을 간단하게 해결한 것이다.

이성원 신물질과학전공 교수는 “이번 연구를 통해 기존의 배터리나 슈퍼커패시터에 비해 얇고, 피부처럼 굴곡진 표면에서도 강한 접착력과 내구성을 보장하는 슈퍼커패시터를 개발했다”며 “아직 기존 배터리와 비교하면 총 에너지 저장용량이 다소 낮아 관련 연구를 계속해서 진행할 예정”이라고 말했다.