이상영 UNIST 교수 연구팀, 프린터 기반 일체형 시스템
동전 크기 칩에 전지 36개 정상 작동 구현
동전 크기 칩에 전지 36개 정상 작동 구현
UNIST 제공
UNIST(울산과학기술원)은 이상영(에너지 및 화학공학부) 교수 연구팀이 동전보다 작은 크기의 칩 안에 전지 36개를 만들어 전원을 공급할 수 있는 '칩 형상의 마이크로 슈퍼커패시터'를 개발했다고 10일 밝혔다.
슈퍼커패시터는 탄소 소재의 활성탄에서 전자가 붙고 떨어지는 현상을 이용해 전기를 저장한 후, 사용하는 장치다. 리튬을 쓰는 이차전지에 비해 출력이 크고 수명이 길며, 초소형화가 가능해 사물인터넷 기기나 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있다.
하지만, 반도체 제작 공정 과정에서 열이나 화학물질에 의해 전자 부품이 손상될 우려가 있고, 전자부품에 슈퍼커패시터를 직접 연결하기 어려운 문제가 있다. 잉크젯 프린팅으로 전자부품 위에 슈퍼커패시터를 연결하는 방식 역시 정밀도가 떨어진다.
연구팀은 정전기적 힘으로 잉크가 번지는 현상을 줄여 정밀도를 높이는 '전기수력학 프린팅 기법'을 적용했다. 이 기법은 기존 잉크젯 프린팅 기법이 잉크를 뿜어내 각 물질이 퍼지는 데 반해, 정전기적 힘을 이용하기 때문에 잉크를 잡아 당겨 번짐이 적어 선폭 1마이크로미터(㎛)이히까지 정밀한 프린팅이 가능하다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 1㎠에 단위 전지를 54.9개까지 제작했고, 같은 면적에서 65.9볼트 출력을 달성했다. 아울러, 동전보다 작은 칩 크기인 가로, 세로 0.8㎝ 위에 전지 36개를 만들어 직렬 연결에 성공했다. 이 전지들은 80도의 고온에서 정상 작동했을 뿐 아니라, 1000회 충·방전해도 용량이 감소하지 않았고, 병렬이나 직렬로 자유롭게 연결할 수 있어 소형기기에 맞춤형 전원 공급으로 가능하다고 연구팀은 설명했다.
이상영 UNIST 교수는 "IC칩처럼 좁은 기판 위에 전지를 고밀도로 집적해 공간 제약 없이 전지 성능을 자유롭게 조절할 수 있어 향후 슈퍼커패시터뿐 아니라, 다른 전기화학 시스템과 장치에 확장, 적용할 수 있다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(지난 6일자)'에 실렸으며, 과기정통부와 산업부 지원을 받아 연구가 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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