"1000번 충전해도 그대로"…초박형 '웨어러블용 충전지' 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 한국 연구진이 1000번을 사용해도 그대로 성능을 유지하는 웨어러블용 충전지를 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST은 이성원 신물질과학전공 교수 연구팀이 단층 그래핀과 금속산화물 이종접합 물질을 이용해 얇고 유연하면서도 기계적 안정성이 우수한 에너지 저장소자 개발에 성공했다고 22일 밝혔다. 개발된 에너지 저장소자는 피부 부착형 웨어러블 기기의 보조 전원으로의 활용할 수 있다.

최근 들어 원격진료가 각광받으며 웨어러블 소자와 센서 개발에도 많은 관심이 쏠리고 있다. 그러나 웨어러블 소자와 센서를 작동시키는데 필요한 에너지 저장 소자인 슈퍼캐패시터의 소형화나 유연화는 아직까지 시작단계에 머물러 있다. 형체를 변형시킬 만큼 굽히거나 하면 물리적 안정성 확보가 어려워 실용화에 한계가 있기 때문이다. 대안으로 값싼 필름 형태의 에너지 저장소자가 활발하게 연구되고 있는데, 그 중 그래핀은 우수한 전기적 특성 및 넓은 표면적을 가지고 있어 다양한 연구를 거쳐 활용되고 있다.

연구팀은 0.1mm 이하의 초박막 형태로 슈퍼캐패시터를 제작했는데, 접어서도 사용가능한 정도의 기계적 유연성을 확보했다. 특히 접어 사용하더라도 펼쳤을 때와 동일한 전기적 특성을 보장해 웨어러블 제품의 에너지 소자로 피부에 부착되더라도 자유로운 움직임 속에서 특성의 변화 없는 안정적인 에너지 공급이 가능하다.

단층 그래핀 위에 금속 산화물을 성장·접합시켜 제작한 것으로, 산업 현장에서의 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례다. 금속산화물을 다른 물질과 접합시킬 때 나타나는 복잡한 변화에 대해서도 연구 결과를 남겨 향후 가이드라인이 될 수 있다. 총 두께 30μm(마이크로미터), 단위 면적당 저장용량 7.76mF/cm2로, 1000번의 충전과 방전을 시행하여도 거의 동일한 저장용량을 보장한다.

연구팀은 "여러 장점이 많은 슈퍼캐패시터지만 현재 다른 상용 배터리보다 다소 낮은 총 에너지 저장용량을 해결하기 위해 추가적인 연구를 계속해나갈 예정"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 지난 6월 24일 온라인 게재됐다.