DGIST 이성원 교수 연구팀, 유연한 에너지 저장 소자 제작 기술 개발

접거나 구부려도 안정적인 에너지 공급이 가능한 에너지 소자 개발

박은정 기자 | 기사입력 2021/08/19 [10:26]

DGIST(총장 국양) 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀은 단층 그래핀과 금속산화물 이종접합 물질을 이용해 얇고 유연하면서도 기계적 안정성이 우수한 에너지 저장소자 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

 

▲ DGIST 이성원 교수(좌)와 연구진들 (C) DGIST

 

이성원 교수 연구팀은 “ 원격진료가 각광받으며 웨어러블 소자와 센서 개발에도 많은 관심이 쏠리고 있다.”며“ 그러나 웨어러블 소자와 센서를 작동시키는데 필요한 에너지 저장 소자인 슈퍼커패시터의 소형화나 유연화는 아직까지 시작단계에 머물러 있으며, 수퍼커패시터의 형체를 변형시킬 만큼 굽히거나하면 물리적 안정성 확보가 어려워 실용화에 한계가 있다.”고 설명했다.

 

이어 “대안으로 값싼 필름 형태의 에너지 저장소자가 활발하게 연구되고 있는데, 그 중 그래핀은 우수한 전기적 특성 및 넓은 표면적을 가지고 있어 다양한 연구를 거쳐 수퍼캐패시터에도 활용되고 있다.”고 덧붙였다.

 

이에 DGIST 이성원 교수팀은 0.1mm 이하의 초박막 형태로 수퍼캐패시터를 제작, 접어서도 사용가능한 정도의 기계적 유연성을 확보했다.

 

특히 개발한 슈퍼캐패시터는 접어 사용하더라도 펼쳤을 때와 동일한 전기적 특성을 보장하는 장점을 가져 웨어러블 제품의 에너지 소자로 피부에 부착되더라도 자유로운 움직임 속에서 특성의 변화 없는 안정적인 에너지 공급이 가능하다.

 

이번 연구를 통해 개발된 슈퍼캐패시터는 단층 그래핀 위에 금속 산화물을 성장·접합시켜 제작한 것으로, 산업 현장에서의 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례로서의 의미가 크다.

 

이뿐만 아니라 금속산화물을 다른 물질과 접합시킬 때 나타나는 복잡한 변화에 대해서도 관찰함으로써 향후 관련 연구 분야 가이드라인으로서의 의미도 함께 지닌다.

 

DGIST 신물질과학전공 이성원 교수는 “이번 연구를 통해 완성한 수퍼캐패시터는 총 두께 30μm(마이크로미터), 단위 면적당 저장용량 7.76mF/cm2로, 1000번의 충전과 방전을 시행하여도 거의 동일한 저장용량을 보장해, 물성이 변하지 않는 장점을 갖고 있다”며 “여러 장점이 많은 슈퍼캐패시터지만 현재 다른 상용 배터리보다 다소 낮은 총 에너지 저장용량을 해결하기 위해 추가적인 연구를 계속해나갈 예정이다”고 밝혔다.

 

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

<The following is the full text of the article translated by Google Translate.>

 

Professor Seongwon Lee's research team in the Department of New Materials Science at DGIST (President Yang Kook) announced on the 19th that they have succeeded in developing an energy storage device that is thin, flexible and has excellent mechanical stability using single-layer graphene and metal oxide heterojunction material.

 

Professor Seong-Won Lee's research team said, "Telemedicine is in the spotlight and a lot of attention is being paid to the development of wearable devices and sensors." However, if it is bent enough to deform the shape of the supercapacitor, it is difficult to secure physical stability, so there is a limit to its practical use.”

 

He added, “As an alternative, inexpensive film-type energy storage devices are being actively studied.

 

Accordingly, Professor Seongwon Lee's team at DGIST manufactured a supercapacitor in the form of an ultra-thin film of less than 0.1mm, and secured mechanical flexibility to the extent that it can be used even when folded.

 

In particular, the developed supercapacitor has the advantage of guaranteeing the same electrical characteristics as when it is unfolded even when folded, so that even if it is attached to the skin as an energy element of a wearable product, it is possible to supply stable energy without changing characteristics in free movement.

 

The supercapacitor developed through this research is manufactured by growing and bonding metal oxides on single-layer graphene, and has great significance as a representative case of using single-layer graphene, which has not been widely used in industrial fields.

 

Not only this, but also has a meaning as a guideline for future research fields by observing the complex changes that occur when metal oxides are joined with other materials.

 

Professor Seongwon Lee of the Department of New Materials Science at DGIST said, “The supercapacitor completed through this research has a total thickness of 30 μm (micrometer) and a storage capacity of 7.76 mF/cm2 per unit area, ensuring almost the same storage capacity even after 1000 charging and discharging. "It is a supercapacitor with many advantages, but we plan to continue our research to solve the total energy storage capacity somewhat lower than other commercial batteries at present," he said.


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