인천대 홍종달 교수 연구팀, 대면적 그래핀 시트와 이산화 바나듐으로 구성된 고성능 유연성 슈퍼커패시터 전극 개발

아주경제 박흥서 기자 =인천대 홍종달 교수(화학과) 연구팀이 그래핀 전극의 저항과 전기에너지 저장 특성이 그래핀 시트의 면적과 밀접한 상관관계가 있다는 것을 세계 최초로 입증했다.

이번 연구 결과는 지난23일‘High Performance Flexible Supercapacitor Electrodes Composed of Ultralarge Graphene Sheets and Vanadium Dioxide’(대면적 그래핀 시트-이산화 바나듐으로 구성된 고성능 유연성 자가지지 슈퍼커패시터 전극)라는 제목으로 에너지 분야의 세계적인 저널인‘Advanced Energy Materials 2014, 1401890’온라인판에 게재됐다.

연구팀 좌에서 우로(이명섭군, 홍종달 교수, 위분홍군)[사진제공=인천대]

홍 교수는 이번 연구결과가 “현재 개발 중인 다양한 그래핀 소자들의 특성을 획기적으로 개선 할 수 있는 가능성을 제시해 주었으며, 슈퍼캐퍼시티, 이차전지 활용성 고기능성 그래핀 전극 개발과정에 활용될 수 있는 범용기술로서 적용분야가 넓고 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다”고 밝혔다.

특히, 이번 고기능성 전극 개발 연구는 그래핀의 상용화 기술 개발과정에서 나타난 기존 기술의 한계를 타개하는 것에 주안점을 두었고, 기존의 그래핀 전극 제작 방식에 용이하게 적용될 수 있도록 공정이 간편하고, 차세대 그래핀 기반 기술 분야에 폭넓게 적용이 가능한 것이 특징이다

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홍 교수는“최근 신소재 분야에서 꿈의 소재라 불리며 스마트폰의 속도와 배터리의 충전용량과 충전 속도를 획기적으로 개선할 수 있고 신축성이 뛰어난 웨어러블 기기용 플렉시블 디스플레이, 투명전극 등의 소재로 각광받는 그래핀의 대량생산 기술은 주로 1마이크론 이하의 소면적 연구가 주를 이루었다”며

“150 마이크론 크기의 대면적 그래핀을 생산하는 방법을 새롭게 확립하였고, 이러한 대면적 그래핀으로 코팅된 전극의 시트 간 전기 저항이 소면적 그래핀으로 코팅된 일반 전극과 비교하여 100배가량 향상된다는 것을 세계에서 처음을 입증하였으며, 이러한 기초과학적인 결과를 활용해 대면적 그래핀 시트와 이산화 바나듐으로 구성된 자가지지 필름 전극으로 구성된 고성능 슈퍼커패시터(커패시턴스, 769 F/g)를 개발한 것”이라고 밝혔다.

홍 교수는 “전극의 시트 저항(전도도)이 코팅된 그래핀 시트의 사이즈에 크게 의존한다는 이러한 기초과학적인 연구결과는 그래핀을 활용한 차세대 배터리, 슈퍼커패시터, 센서, 투명전극 등의 기술개발 과정에 매우 중요한 역할을 할 것으로 예상 된다”며, “이번 기술로 대면적 그래핀 시트를 이용한 하이브리드 슈퍼커패시터 전극 제작을 위한 핵심기술을 확보했다는 데에 큰 의미가 있다”고 소감을 밝혔다.

이번 연구에는 홍종달 교수 외에 인천대 석사과정 이명섭 군이 2년간 함께 참여했으며, 박사과정 위분홍 군(말레이시아 출신) 도 함께했다.

이번 연구는 연구재단의 중견자 연구과제(과제명: 자기조립된 그래핀 나노복합체 필름의 제조와 특성 연구, 과제책임자: 인천대 홍종달 교수)를 통해 국내 슈퍼커패시터 기업체로의 기술이전을 목표로 수행돼 왔으며, 해당 기술은 삼극특허(미국, 일본, 유럽 특허청 등 출원)를 준비하고 있다.