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손톱보다 작은 '초소형 전원' 나왔다

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손톱보다 작은 '초소형 전원' 나왔다

2020.03.10 16:28
이상영 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀이 개발한 칩 형상 마이크로슈퍼커패시터의 모습이다. 사람의 지문 폭만큼 폭이 좁다. UNIST 제공
이상영 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀이 개발한 칩 형상 마이크로슈퍼커패시터의 모습이다. 사람의 지문 폭만큼 폭이 좁다. UNIST 제공

사람의 지문 폭만큼 작아 전자칩에 쉽게 넣을 수 있는 전원이 개발됐다. 점차 소형화하는 사물인터넷(IoT)에 들어가는 정도로 작아서 향후 활용 영역이 넓을 것이라는 평가가 나온다. 

 

이상영 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀은 전자 부품들과 일체화할 수 있는 ‘칩 형상 마이크로슈퍼커패시터(축전기)’를 개발했다고 10일 밝혔다.

 

슈퍼커패시터는 탄소 소재 활성탄에서 전자가 붙고 떨어지는 현상을 이용해 전기를 저장하고 사용하는 장치다. 리튬을 쓰는 이차전지보다 출력이 크고 수명이 길다. 반도체 제작 공정을 이용하면 크기를 줄이는 것도 가능해 사물인터넷(IoT) 기기에 활용하기 좋으나 공정에 필요한 열이나 화학물질이 주변 전자 부품을 손상시키는 문제가 있었다. 때문에 전자부품에 직접 슈퍼커패시터를 결합하기 어려웠다.

 

연구팀은 전기수력학 프린팅이라는 기법을 이용했다. 이 기법은 전극물질과 전해질을 잉크처럼 써 부품 위에 찍어내는 잉크젯 프린팅에 정전기적 힘을 추가해 잉크가 번지는 현상을 줄이는 방법이다. 잉크젯 프린팅이 잉크를 분사하며 흩뿌린다면 전기수력학은 전기로 잉크를 잡아당겨 정밀도를 높인다.

 

동전보다 작은 칩 위에 전지 36개를 직렬로 연결한 모습이다. UNIST 제공
동전보다 작은 칩 위에 슈퍼커패시터 36개를 직렬로 연결한 모습이다. UNIST 제공

연구팀은 이 기법을 이용해 동전보다 작은 가로세로 0.8㎝ 칩 위에 슈퍼커패시터 36개를 만들고 직렬로 연결하는 데 성공했다. 전지들은 실제 전자 부품이 작동할 때 온도인 80도 온도에서도 잘 작동했다. 연구팀은 “병렬이나 직렬로 자유롭게 연결할 수 있어 소형기기 맞춤 전원 공급이 가능하다”고 설명했다.

 

이 교수는 “집적회로(IC) 칩처럼 좁은 기판 위에 전지를 고밀도로 집적함으로써 공간 제약 없이 전지 성능을 자유롭게 조절할 수 있는 기술”이라며 “좁은 공간에 전지를 집적하는 기술은 슈퍼커패시터 뿐 아니라 다른 전기화학 시스템과 장치에도 적용 가능할 것”이라고 말했다.

 

산업통상자원부 나노융합산업핵심기술개발사업과 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업으로 진행된 이번 연구는 이달 6일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 실렸다.

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