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국내 연구진이 1㎝ 길이의 소재로 100m 초고용량 축전지 '슈퍼캐패시터' 섬유를 만들었음. 이 기술로 새로운 폼 팩터의 차세대 에너지 저장 장치를 만들 수 있고 다양한 형태의 이동형 전자제품을 만들 수 있다고 연구진은 설명했음.

경희대 식물·환경신소재공학과 이정태 교수는 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 요엘 핑크 교수와 세계 최초로 '다중물질 열 인발공정'을 이용한 슈퍼캐패시터 섬유를 만들었다고 9일 밝혔음.

연구진은 실제로 이 슈퍼캐패시터 섬유로 직물기계를 이용해 천으로 만들고 3D 프린팅을 이용해 안경테를 만들었음. 또 일반섬유와 LED 섬유까지 혼합해 불이 켜지는 직물도 만들었음.

이렇게 만든 직물은 3.0V에서 1㎠당 306㎼h의 에너지 밀도와 1.6V에서 13,000 사이클에 걸쳐 100% 정전용량을 유지했음. 또 이 직물을 100회 이상 세탁을 해도 성능을 유지했음.

이정태 교수는 "이 기술은 최종적으로 직물 자체가 컴퓨터가 되도록 정보를 저장하는 섬유와 에너지를 저장하는 섬유, 통신 섬유 등 여러 기능 섬유를 만들 수 있을 것"이라고 말했음.

연구진이 개발한 기술은 길이가 긴 소재를 열과 함께 잡아당겨 소재의 단면적을 축소시키는 '다중물질 열 인발공정'임.

연구진은 다중물질 열 인발공정에 들어가는 슈퍼캐패시터 섬유용 프리폼을 만들었음. 열에 의해 유동성을 갖지만, 상온에서는 유동성을 갖지 않는 열가역성 젤 전극과 전해질을 개발했음. 이를 이용해 산소와 수분을 잘 투과하지 않는 고분자 피복재, 고분자 금속 복합 집전체, 열가역성 전극 젤, 그리고 전해질 젤을 특정 구조로 배열해 프리폼을 완성했음.

이렇게 만들어진 프리폼에 열을 가하면서 잡아당겨 실 뽑듯이 뽑아내 슈퍼캐패시터 섬유를 만들었음.

이 교수는 "이렇게 하면 프리폼 내의 구조와 소재가 그대로 유지된 상태에서 굵기만 얇아져 천으로 만드는데 쓸 수 있다"고 설명했음.

기존의 섬유 에너지 소자는 섬유 전극을 만들어 코팅한 뒤, 전해질이 코팅된 두 개의 전극을 새끼줄 꼬듯이 결합해 만들었음. 이는 여러 단계의 공정으로 시간과 비용이 많이 들고 길이가 늘어나면서 성능이 급격히 떨어짐.

지금까지 보고된 가장 긴 에너지 저장 섬유는 1m 밖에 되지 않았음.

그는 "향후에도 MIT와 공동연구를 통해 차세대 전극 소재를 도입한 섬유 에너지 저장 소자를 연구해 나갈 계획"이라고 말했음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ 지에 게재됨