융기원, 스마트 의류를 위한 그래핀 슈퍼커패시터를 개발

얼마전, 세계 최대의 인터넷 검색 서비스 기업인 구글은 회사 내 프로젝트를 통하여 음악재생부터 상품 결제까지 가능한 스마트 의류를 개발하는 중이라는 기사가 국내,외 언론을 통하여 보도되었다. 앞으로, 프로젝트의 관계자에 따르면 몇 가지의 난제들을 해결하면 머지않아 우리들은 스마트 의류를 착용하는 것을 당연시 여기게 될 것이라고 한다.

스마트 의류의 대중화를 위한 난제들 중 가장 어려운 과제는 다양한 기능을 가진 스마트 의류에 전기 에너지를 공급하는 일이다. 그러므로, 최근 국, 내외의 에너지/연료분야 학계에서는 기존의 캐퍼시터(capacity, 전기에너지 저장소자)에 비해 크기가 작고 전기 에너지 저장용량을 늘린 슈퍼커패시터를 개발하는 일을 최우선 과제로 삼고 있다. 이 때, 슈퍼캐퍼시터란 스마트 의류와 같은 웨어러블기기에서 사용될 미래형 전기에너지 저장소자를 말한다.

이 때, 차세대 융합기술연구원 나노바이오연구실의 박상윤, 신민균 박사 연구팀은 [그림 1]과 같이 세계최고수준의 에너짐 밀도를 갖는 그래핀 산화물(육각형으로 이루어진 탄소동소체 산화물)만으로 제작된 부직포형태의 슈퍼커패시터를 개발하는데 성공하였다. 개발된 슈퍼커패시터는 금속 집전체를 사용하지 않았기 때문에 유연소자로써 내구성이 높고, 에너지저장 소자의 안정성을 확보하였다.

▲제안된 그래핀 산화물을 이용한 슈퍼캐퍼시터

또한, 박상윤, 신민균 박사 연구진은 개발된 그래핀 산화물을 이용하여 우수한 액정특성을 이용하여 습식방사를 통해 섬유, 부직포형태로 제작을 하였다. 이렇게 제작된 섬유는 다양한 실험을 통하여 [그림 2]와 같이 1000도이상의 온도에서 타지 않는 방염·내열성, 높은 전기전도성과 다공성을 가지고 있음을 확인하였다.

▲슈퍼캐퍼시터의 전기밀도 및 내열성 실험 결과 

연구팀이 개발한 그래핀 산화물을 이용한 슈퍼캐퍼시터는 세계최고수준의 성과로써  '그래핀 산화물'만을 구성된 슈퍼캐퍼시터라는 점에서 더욱 큰 주목을 받는다. 특히, 우수한 그래핀산화물섬유의 방염·내열성으로 인해 그래핀 에너지저장소자는 향후 소방복과 같이 높은 내열성을 요구하는 의류에도 스마트한 특성을 부여할 수 있는 핵심 소재가 될 것으로 전망하고 있고, 관련 산업체와의 협력을 통해 상용화를 기대하고 있다.  

본 연구는 한국연구재단 나노 소재 원천기술개발사업의 지원을 받아 차세대융합기술연구원이 (주)퓨리텍(대표: 조윤제)과 인하대(교수: 박수진) 연구팀과 함께 수행한 것이며, 이번 연구결과는 세계적인 에너지/연료분야 학술지인 Journal of Power Sources(IF=6.217)에 'Maximizing volumetric energy density of all-graphene-oxide-supercapacitors and their potential applications for energy harvest'란 논문으로 2월 17일 개재되었다.