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[중국] 나노기술을 이용한 정보 시각화 스마트 슈퍼 커패시터 연구

□ 주요내용

○ 슈퍼 커패시터(Supercapacitors)는 하이 파워 밀도(High power density), 장 순환 수명 등 특징을 보유하고 있기 때문에 응용 전망이 제일 밝은 신형 에너지 저장 장치에 속하고 있으며 교통, 전력, 통신, 국방, 소비성 전자 제품 등 다양한 분야에서 거대한 응용 가치와 시장 잠재력을 보유하고 있다.

○ 최근 년 간 과학자들은 신 재료 개발을 통해 슈퍼 커패시터 성능을 지속적으로 향상시킨 동시에 경질(輕質), 플렉시블, 짤 수 있는(Can weave) 등 새로운 특색과 기능을 부여하여 실제 생활과 생산 과정에서 응용될 수 있게끔 하였다.

○ 최근 혁신적인 슈퍼 커패시터를 개발하고 스마트화 새로운 특성을 부여하는 것은 새로운 과제로 대두된 상황이다. 스마트화는 슈퍼 커패시터가 단순한 에너지 저장 기능을 발휘하는 데로부터 스마트화 후 복잡한 회로 디자인이 필요 없이 사람과 인터렉션 할 수 있는 능력을 보유할 수 있게끔 하였다. 예를 들면, 자체 성능 데이터를 그래픽 혹은 이미지로 전환하여 스크린 상에서 나타낼 수 있게끔 하고 인터렉션 처리를 실행할 수 있게끔 하였다.

○ 중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 자오즈강(趙志剛) 연구원 연구팀은 나노기술을 이용한 정보 시각화 스마트 슈퍼 커패시터(Supercapacitors) 개발에 성공하여 이슈가 되고 있다.

○ 연구팀은 정보 시각화 스마트 슈퍼 커패시터 개발을 위해 스마트 슈퍼 커패시터 전극을 개발하였는데 이런 스마트 슈퍼 커패시터 전극은 텅스텐 산화물(Tungsten oxide)(W18O49) 나노 와이어와 폴리아닐린(Polyaniline)을 전극 활성 재료로 사용하고 있다. 연구팀은 패턴화 제조 방법으로 전극을 개발하였으며 텅스텐 산화물(W18O49) 'SINANO' 패턴을 구성하고 폴리아닐린으로 배경을 구성하였다.

○ 연구팀이 개발한 전극은 풍부한 색상 변화 특징을 보유하고 있는 동시에 커패시턴스(Capacitance) 성능이 우수하기 때문에 패턴과 배경 색상의 인터렉션 변화(Interaction changes)를 통해 에너지 저장 상태를 나타낼 수 있는 것으로 나타났다(그림 참조).

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 한 개 구성 요소에 색칠 할 때 또 다른 한 개 구성 요소는 투명 색 상으로 된다는 점을 발견하였다.

○ 에너지 저장과 방출 과정이 추진됨에 따라 패턴(W18O49)과 배경(PANI) 색상은 관련 인터렉션 변화를 발생시키게 된다.

○ 연구팀은 이번 연구에서 일반적인 슈퍼 커패시터 에너지 저장 기능과 전기변색(electrochromic)의 시각화 변화와 결합하여 슈퍼 커패시터에 '스마트화' 새로운 특성을 부여하여 슈퍼 커패시터의 미래 발전을 위해 새로운 루트를 개척하였다.

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 발표되었다(Nano Letters, 2014, 14, 2150-2156).

○ 이번 연구는 국가자연과학기금위원회의 '기초과학 연구 프로젝트' 비용, 국가교육부의 '유학 귀국 인원 과학연구 기금' 지원을 받아 추진되었다.