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전통한지로 종이배터리 개발…웨어러블 기기에 적용

한미 공동연구팀, 유연하고 효율 높은 종이 슈퍼커패시터 개발

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 전통 한지를 이용해 대용량 종이배터리를 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

한지(왼쪽)와 천(오른쪽)을 이용한 전극 개발 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
한지(왼쪽)와 천(오른쪽)을 이용한 전극 개발 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

한국연구재단은 고려대 조진한 교수 연구팀과 미국 조지아텍 이승우 교수 연구팀이 종이(한지)와 천을 이용해 순간적으로 높은 출력을 낼 수 있는 슈퍼커패시터(supercapacitor) 소자를 개발했다고 21일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 기존 커패시터(축전지)의 축전 용량을 확 높인 배터리로, 리튬전지에 비해 5배의 고출력을 낼 수 있다.

최근 사물인터넷(IoT)의 발달로 웨어러블 기기에 쓸 수 있는 종이나 천 등을 이용한 슈퍼커패시터가 활발히 연구되고 있다.

종이(천) 재질의 절연성 때문에 전도성 물질을 도입하는 방법이 시도되고 있지만, 기존 탄소나노튜브(CNT) 기반 전도성 물질은 전기 전도도와 에너지 밀도가 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 단분자 '리간드'(ligand·연결물질)를 기반으로 한 층상 자기조립법을 개발해 전통한지(직물) 표면에 나노미터(㎚·10억분의 1m) 크기 금속 산화물 입자를 균일하게 코팅하는데 성공했다.

리간드 치환 층상자기조립법의 원리 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
리간드 치환 층상자기조립법의 원리 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

층상 자기조립법은 각 물질 층을 위로 쌓아 올려 박막 형태의 복합체를 만드는 나노 제조기술을 말한다.

이 같은 방식으로 금속 종이전극과 이를 집전체로 하는 종이 슈퍼커패시터 소자를 개발했다.

종이의 유연한 기계적 특성은 그대로 유지하면서도 나노 크기의 금속 입자가 고르게 흡착돼 높은 전기 전도도를 나타냈다. 또 다공성 구조로 인해 높은 축전용량과 출력 값을 보였다.

플렉시블·웨어러블 전기·전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난 14일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2017/09/21 12:00 송고

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