DGIST, 자가 충전하는 신개념 투명 배터리 개발...“그래핀 필름 활용”
DGIST, 자가 충전하는 신개념 투명 배터리 개발...“그래핀 필름 활용”
  • 김정은 기자
  • 승인 2019.05.16 17:20
  • 댓글 0
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사진설명=DGIST 스마트섬유융합연구실 손원경 연구원(왼쪽), 최창순 선임연구원(오른쪽)
사진설명=DGIST 스마트섬유융합연구실 손원경 연구원(왼쪽), 최창순 선임연구원(오른쪽)

[데일리포스트=김정은 기자] “영화에 등장한 투명 휴대폰을 보고 연구를 시작하게 됐습니다. 물론 현재 제작단가가 비싸 당장 상용화에 한계를 느끼지만 투명 에너지 저장 매체 분야에서 성공한 만큼 지속적으로 발전시켜 나갈 수 있도록 노력할 것입니다.” (최창순 선임연구원)

‘꿈의 신소재’로 각광받고 있는 그래핀을 기반으로 발전과 저장 모두에 활용이 가능한 투명 박막형 에너지 소자가 개발돼 전 세계가 주목하고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST) 스마트섬유융합연구팀이 오랜 연구 끝에 개발에 성공한 그래핀 필름 활용 ‘투명 배터리’는 기존에 어려웠던 전자제품을 비롯해 피부 부착형 장치 등 다양한 활용이 기대되고 있다.

국내 연구팀의 그래핀 기반 투명 박막형 에너지 소자를 다룬 논문은 국제학술지 ‘미국화학회 응용재료 및 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)' 온라인판에 게재됐다. 

사진설명='ACS Applied Materials & Interfaces'에 게재된 논문
사진설명='ACS Applied Materials & Interfaces'에 게재된 논문

이번 연구는 DGIST를 비롯해 성균관대, 연세대, 한양대, 한국생산기술원 등 여러 연구팀과 공동으로 진행됐다.

2004년 처음 발견된 그래핀(Graphene)은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강할 뿐만 아니라 잘 휘어지는 성질이 있어 꿈의 신소재로 불린다. 이런 성질을 디스플레이나 반도체 등에 적용해 상용화하기 위한 다양한 연구가 이뤄지고 있다.

또 탄소원자가 결합해 육각형 격자로 이뤄진 2차원 평면 구조체로 단층 두께가 약 335pm(피코 미터)로 매우 얇고 열 전도성 등이 뛰어난 한편, 신축성과 강도가 우수한 것이 큰 특징이다.

때문에 휘어지는 디스플레이(Flexible Display), 웨어러블 컴퓨터, 배터리, 고효율 태양전지 등 광범위한 활용이 가능해 꿈의 신소재로 알려져 있다.

(출처: DGIST 스마트섬유융합연구실 연구팀)
(출처: DGIST 스마트섬유융합연구실 연구팀)

최창순 선임 연구원이 이끄는 DGIST 연구팀은 전기전도성이 높은 단일층 그래핀 필름을 전극으로 활용했다.

투명도 향상을 위해 반고체 전해질을 함유한 고분자 나노매트를 분리막으로 사용, 최대 77.4%까지 투명도를 높여 풍경과 글자를 선명하게 볼 수 있는 그래핀 전극 구현에 성공했다.

연구팀은 에너지 소자의 자체적인 에너지 생성 및 저장을 위한 구조를 설계해 에너지 소자 상층부에 에너지 저장패널, 하층부에 에너지 전환패널을 삽입했다. 또 터치센서를 상층부 에너지 저장패널 바로 하단에 추가해 터치가 가능한 에너지 소자를 제작했다.

아래 (A)는 에너지 저장 기능을 보여주는 슈퍼커패시터의 전기화학적 성능 그래프이며, (B)는 배터리를 터치하면 전정용량(세로축)이 변하는 모습을 나타낸 것이다. (C) 그래프는 압력을 인가함에 따라 최대 135V의 전압(세로축)이 발생하고 있음을 보여준다.

(출처: DGIST 스마트섬유융합연구실 연구팀)
(출처: DGIST 스마트섬유융합연구실 연구팀)

기술 발전으로 피부에 직접 전자회로를 인쇄하거나 초박형 필름에 인쇄한 전자회로를 붙이는 것이 가능해진 상황. 국내에서 개발된 투명 배터리를 이러한 기술과 결합한다면 다양하고 새로운 활용을 기대할 수 있다.






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