최근 가볍고 소형화된 사물인터넷(IoT) 기기 수요가 증가함에 따라 새로운 전원 수집·저장·관리 기술이 요구되고 있다. 이에 따라 에너지저장소자 기술에 관한 연구들이 매우 활발하게 진행되고 있다. 

에너지연 연구진은 극초단 레이저 공정 기술을 응용해 스티커 형태의 마이크로 수퍼커패시터를 개발하는 데 성공했다. 

마이크로 수퍼커패시터는 얇은 판상의 초소형 고성능 에너지저장소자다. 기존 리튬박막전지에 비해 안정성이 뛰어나고, 높은 에너지 밀도와 출력을 보인다. 

극초단 레이저는 순간적으로 최대 출력을 발생시킬 수 있기 때문에 고팽창의 특수한 그래핀 전극을 제작할 수 있다. 이렇게 제작된 고팽창 그래핀 내부에 접착 특성을 가지는 고분자 기재를 침투시키면 접착성을 유지하면서도 우수한 전극 성능을 만들 수 있다. 내구성도 확보돼 스티커 형태로 제작할 수 있다. 

연구진은 스티커형 마이크로 수퍼커패시터의 표면에 도파민이라는 레독스 활성화 분자를 도입했다. 해당 에너지저장소자는 기존 리튬박막전지 수준의 부피당 에너지 밀도를 가졌으며, 13배 이상 높은 성능의 스티커형 에너지저장소자로 개발됐다.

공동 연구를 진행한 김영진 KAIST 교수는 "연구에서 개발된 패터닝 기술은 극초단 레이저 펄스를 통해 빠른 공정시간 내에 재료의 탈락을 최소화하면서 효율적으로 그래핀의 형성을 실현한 것"이라며 "레이저-유도-그래핀의 다양한 산업적 적용을 촉진시킬 것"이라고 내다봤다.

윤하나 박사는 "이번에 개발된 스티커형 마이크로 수퍼커패시터는 차세대 웨어러블 디바이스나 IoT 기기 등에 쉽게 탈부착이 가능하다"면서 "이와 함께 친환경적 배터리 기술로서 기존의 리튬 기반의 에너지 저장소자 기술의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대한다"고 설명했다.

해당 연구결과는 화학공학 분야의 저명 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal)에 게재됐다.