나노기술 및 정책 정보

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칩(Chip) 상에서 시스템 호환 전원(電源) 공급 장치는 무선 센서와 같은 원격 검출 설비 등 소형화 설비들에 대해 매우 높은 요구 사항을 제시하고 있음. 이런 유형 설비의 멀티 기능성과 장시간 작업이 필요한 상황에서 전원(電源)의 고성능 기준은 점점 더 높아지고 있음.

중국 란저우(蘭州, 난주) 대학교 셰얼칭(謝二慶, 사이경) 교수 연구팀은 무(無) 금속 컬렉터(collector)의 대칭성을 이용하여 평면구조 그래핀으로 고성능 전기화학적 에너지 저장 마이크로 슈퍼 커패시터(Micro-Supercapacitors, MSC)를 개발하는데 성공함.

기능 그룹 그래핀은 완전히 호환 가능한 블루 보라(blue violet, BV) 컬러 레이저 노출과 대기압 플라즈마에 대한 처리가 가능한 미세 가공 기술을 통해 구리에 대한 엄격한 조절을 수행함. BV 레이저 노출은 대량의 기능 그룹 감소를 통해 전기 전도율을 향상시키는 것으로 나타났음.

연구팀은 대기압 플라즈마 처리를 통해 윤습성과 활성 위치를 조절하여 표면에 약간의 기능 그룹 그래핀 표면을 형성시켰음.

약간의 기능 그룹 그래핀 표면을 형성시킨 결과, 그래핀 산화물(RGO)의 전기 저항이 매우 낮은 것으로 나타났는데 27.2Ωsq –1 수준으로 낮아져 우수한 전자 전도성을 확보하고 전기화학 반응 과정에서 전자 전이를 신속히 실행하는 것으로 나타났음.

전기화학 성능에 대해 측정을 실행한 결과, 면적당 전력 용량은 21.86 mF cm-2에 달하여 5 mW cm-2의 출력 밀도와 2.49 μWhcm-2의 에너지 밀도를 제공하는 것으로 나타났음.

동시에 장기적인 안정성이 뛰어나고, 10,000회 사이클 후 99%의 유지율로 기존에 보도된 그래핀 기반의 전고체 상태 MSC를 능가함.

BV 레이저 조사와 대기압 플라즈마 처리를 연속으로 결합하면 RGO 기반 MSC의 전기 화학 성능을 개선할 수 있는 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 범용적인 제조 포뮬러(formula)에 속할 뿐만 아니라 마이크로 집적 회로 가공 공정과 호환될 수 있기 때문에 칩(Chip) 상의 디바이스 응용에 큰 잠재력을 제공함.

본 연구 성과는 ‘ACS Appl. Mater. Interfaces’ ("Boosting the Electrochemical Performance of Graphene-Based On-Chip Micro-Supercapacitors by Regulating the Functional Groups") 지에 게재됨.