단층 그래핀과 금속산화물을 접합해 얇고 유연하면서도 기계적인 안정성이 뛰어난 에너지 저장소자가 개발됐다. 몸에 부착하거나 옷처럼 입을 수 있는 반도체소자나 센서의 전원공급장치로 활용이 기대된다. 대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 이성원 신물질과학전공 교수 연구팀에 의해 개발됐다.
이 교수팀에 따르면 원격진료가 점차 일반화하면서 몸에 부착하거나 붙이는 웨어러블 진단장치와 이에 다른 센서가 필수가 되고 있다. 동시에 이들 장치에 전력을 공급할 가볍고 부피가 작으며 유연하면서도 용량이 충분한 전원장치의 중요성도 높아지고 있다. 하지만 아직까지 이 같은 전원공급장치의 소형화나 유연화는 시작 단계에 머물러있다.
이 교수 연구팀은 그래핀의 우수한 전기적 특성과 넓은 표면적에 착안, 매우 얇고 접어도 전기ㆍ기계적 특성을 유지할 수 있는 에너지소자를 개발했다. 그래핀은 흑연의 한 층을 이루는 0.2㎚두께의 나노물질로, 물리적 화학적 안정성이 뛰어난 물질이다.
연구팀이 개발한 장치는 두께가 0.1㎜도 되지 않는 초박막 형태다. 접어도 될 정도로 유연하다. 단층 그래핀 위에 금속 산화물을 성장, 접합해 만들었다. 산업 현장에서의 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례로서의 의미가 크다. 금속산화물을 다른 물질과 접합시킬 때 나타나는 복잡한 변화에 대해서도 관찰함으로써, 향후 관련 연구 분야 가이드라인으로서의 의미도 함께 지닌다.
이 교수는 “이번 연구를 통해 완성한 수퍼캐패시터는 매우 얇고 1,000번의 충방전을 해도 거의 동일한 저장용량을 보장한다”며 “추가 연구를 통해 다른 상용 배터리보다 에너지 저장용량이 다소 낮은 문제를 해결, 상용화하겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 디지스트 신물질과학전공 난다나팔리(Nandanapalli) 박사 후 연구원 등이 참여했다. 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 6월24일자 온라인판에 게재됐다.