카이스트(KAIST) 기계공학과 김영진 교수 연구팀과 한국에너지기술연구원 에너지저장연구실 윤하나 박사 공동연구팀이 극초단 펨토초 레이저 직접 묘화 기술을 기반으로 낙엽 상 그래핀-무기-하이브리드 마이크로 슈퍼커패시터(micro-supercapacitor, MSC) 제작에 성공했다고 13일 밝혔다. 

MSC는 얇은 판상의 초소형 수퍼커패시터로 기존의 리튬박막전지에 비해 안정성이 높고 출력 및 우수한 부피당 에너지밀도가 높아 초소형 고성능 에너지저장소자로 주목받고 있다.

연구팀은 친환경의 생분해성 바이오매스인 낙엽 위에 추가적인 재료 없이 펨토초 레이저 펄스를 조사해, 대기 중에서 특별한 처리 없이 단일 단계로 높은 전기 전도성을 지닌 미세 전극인 3D 다공성 그래핀을 생성하는 기술을 개발했다.

연구팀은 이 연구를 통해 낙엽으로부터 쉽고 저렴하며 빠르게 다공성 그래핀-무기결정 하이브리드 전극을 제작할 수 있음을 보였다.

이렇게 제작된 그래핀 마이크로 슈퍼커패시터를 LED 발광을 위한 전원 공급 및 온·습도계 타이머/카운터 기능의 전자시계 전원 공급을 테스트함으로써 성능을 검증했다.

교신저자인 KAIST 김영진 교수는 개발된 차세대 에너지저장소자에 대해 “현재 감당이 어려운 산림 바이오매스인 낙엽을 차세대 에너지저장소자로 재사용함으로써, 폐자원의 재사용 및 에너지 선순환 시스템 확립을 기대할 수 있다”고 말했다. 

공동 교신저자인 에너지연 윤하나 박사는 “이번 기술은 친환경 산업의 기술 혁신 및 고부가가치 신재생에너지 및 이차전지 사업으로써의 신시장 창출뿐 아니라 국가의 사회적, 경제적 비용을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 기대한다. 나아가 웨어러블 전자제품 및 스마트홈 등에도 적용될 것으로 예상한다”고 말했다.

한국농림축산식품부의 기획평가원 지원사업과 산림청의 산림과학기술 연구개발사업 및 한국에너지기술연구원 주요사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 재료과학 및 융합연구분야의 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 온라인판에 게재됐다.