한국연구재단(이사장 조무제)은 조진한 고려대 교수 연구팀과 이승우 미국 조지아텍 교수 연구팀이 전통한지를 이용해 '슈퍼커패시터 소자'를 개발했다고 21일 밝혔다.

슈퍼커패시터란 기존 커패시터(축전기)에서 전기 저장용량을 향상시킨 에너지 저장 소자다. 일반 이차전지(축전지)보다 충전량은 적지만 순간적으로 고출력을 낼 수 있다.

종이나 천과 같은 직물 소재는 표면적이 넓으며 가볍고 유연해 가공이 쉽다. 이를 전기·전자 소자에 적용하면 플렉시블·웨어러블 소자를 만들 수 있다.

기존에 사용하던 탄소 기반 소재를 도입하는 방법은 전기 전도도와 에너지 밀도가 금속보다 낮아 에너지 저장소자의 파워와 에너지 밀도를 높이는 데 큰 한계가 있었다.

이에 연구팀은 '단분자 리간드 치환 층상자기조립법'을 개발해 직물소재 표면에 나노 크기의 금속산화물 입자를 균일하게 코팅시켜 금속 종이전극과 이를 바탕으로 종이 슈퍼커패시터 소자를 개발했다.

제작된 종이 전극은 금속의 전기 전도도와 비슷했고 종이 전극을 기반으로 제작된 종이 슈퍼커패시터 소자도 높은 축전용량과 출력 값을 보였다.

이번 연구는 최초로 단분자 리간드 치환 층상자기조립법을 이용해 직물 소재 에너지 소자를 만들어낸 것으로 평가된다. 입자 간 거리를 최소화해 전극의 내부 저항을 크게 낮춰 높은 출력과 축전용량을 구현했다.

조진한 교수는 "이번 연구는 무기 나노입자를 직물 소재에 직접 코팅해 전기·전자소자에 적합한 전극을 제작한 최초 사례다. 또 모든 공정이 용액 속에서 진행되므로 다양한 소재에 적용할 수 있다"며 "앞으로 플렉시블·웨어러블 소자 시장에 새로운 플랫폼을 제공할 것으로 기대된다"고 전했다.

한편, 이번 연구논문은 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 14일자에 게재됐다.

◆용어설명
▲단분자 리간드 치환 층상자기조리법: 물질 간 결합력 차이를 이용한 조립법이다. 입자 표면에 결합해 있는 리간드(착화합물 주위를 둘러싸고 있는 분자 혹은 이온)보다 더 큰 친화도를 갖는 단분자 리간드를 이용해 박막을 제작하면 기존에 결합해 있던 리간드가 떨어지고 새로운 단분자 리간드가 그 자리에 치환된다.