서울시립대 연구팀, 착용형 전자기기 피부 등 핵심 기술
(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국연구재단은 서울시립대 윤진환 교수 연구팀이 원래 길이의 4배까지 늘려도 저장 용량이 거의 줄어들지 않는 고신축성 슈퍼커패시터를 개발했다고 6일 밝혔다.
에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터는 수초 내 고속 충·방전이 가능하고 반복 사용에 따른 성능 저하가 적다. 배터리보다 수백 배 빠르게 충전돼 신체의 미세한 움직임에서 발생하는 전기 에너지를 즉시 저장할 수 있는 장점이 있다.
다만 지금까지 개발된 슈퍼커패시터는 늘어나거나 변형되면 저장 용량이 많이 감소하는 문제가 있다. 높은 에너지 저장 성능과 뛰어난 신축성을 동시에 구현하는 것이 기술적 난제였다.
연구팀은 전극 소재와 강력 접착 젤을 개발해 문제를 해결했다.
연구팀은 망간 산화물, 탄소나노튜브, 전도성 고분자를 말랑말랑한 실리콘 고무 안에 섞어 유연한 전극을 만들었다. 여기에 인산 처리를 하면 망간 산화물이 머리카락 굵기의 약 1만분의 1에 해당하는 가느다란 바늘 모양으로 변한다. 실리콘 고무가 늘어날 때 바늘 모양 구조들이 서로 연결되면서 전기가 흐르는 통로를 계속 유지한다.
강력한 접착력을 갖는 젤은 1만번 늘렸다 줄이는 반복 변형에도 분리되지 않는다.
이렇게 개발된 슈퍼커패시터는 300% 늘어난 상태에서도 에너지 저장 용량을 95% 이상 유지했다. 팔에 부착한 상태에서 팔을 구부리는 동작에서도 정상적으로 작동했고, 스마트폰을 이용한 무선 충전도 가능했다고 연구팀은 설명했다.
윤진환 교수는 "차세대 웨어러블 기기의 핵심 전원 부품으로 활용될 것"이라며 "피부에 직접 부착해 생체 신호를 측정하는 전자 피부를 비롯해 가상현실 촉각 슈트, 재활 치료용 웨어러블 기기 등 고도의 신축성과 안정성이 요구되는 다양한 응용 분야를 여는 핵심 기술"이라고 말했다.
연구 결과는 에너지 재료 분야 국제학술지 '에너지 스토리지 머티리얼즈'에 지난달 7일 온라인 게재됐다.
kjunho@yna.co.kr
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