"수소연료전지가 슈퍼커패시터에 이어 회사 성장을 이끌 양대 축이 될 것입니다." 성도경 비나텍 대표는 "수소연료전지 사업이 매출액에서 차지하는 비중이 지난해 8%에서 올해 15%까지 늘어나고, 중장기적으로는 50%에 달할 것"이라고 19일 밝혔다. 과거 대우전자부품에서 일하던 성 대표는 독자적인 기술로 에너지저장장치를 만들겠다는 일념으로 1998년 비나텍을 설립했다. 창업 아이템으로 선택한 에너지저장장치는 '슈퍼커패시터'였다. 슈퍼커패시터는 2차전지와 비교해 에너지를 저장할 수 있는 용량이 적다. 반면 순간적으로 큰 에너지를 낼 수 있는 게 강점이다. 수명도 반영구적이다. 성 대표는 "창업할 당시 전 세계적으로 슈퍼커패시터 분야에 뛰어든 업체가 드물었고, 이 분야에서 글로벌 회사로 성장할 수 있겠다는 확신이 들었다"고 말했다. 성 대표는 오랜 연구·개발(R&D) 과정을 거쳐 2010년 업계 최초로 3.0볼트(V) 슈퍼커패시터 상용화에 성공했다. 이 제품은 미국 캘리포니아주 모하비사막에 위치한 '아이밴파 태양열 발전소'에 공급됐다. 이어 미국 블룸에너지와 슈퍼커패시터 납품 계약도 체결했다. 슈퍼커패시터 적용 범위는 이후에도 꾸준히 늘어났다. 서버에 들어가는 데이터 저장장치인 '솔리드스테이트드라이브'(SSD) 백업을 위한 전원을 비롯해 자동차 에어백 전원, TV 리모컨 등에 슈퍼커패시터가 활발히 채용됐다. 최근에는 전기자동차 도어에도 적용되기 시작했다. 특히 독일 벤츠 완성차에 들어가는 에어백 전원용 슈퍼커패시터는 비나텍이 독점 공급 중이다. 성 대표는 "벤츠에 이어 국내외 유수 완성차 업체들과 협력을 추진 중"이라고 전했다. 비나텍은 슈퍼커패시터 시장을 선도적으로 개척하면서 매출액이 지난 2018년 319억원에서 2019년 428억원으로 늘어났다. 특히 '코로나 팬데믹'으로 대부분의 산업이 침체됐던 2020년, 2021년에도 각각 467억원, 490억원 매출액을 올리면서 성장세를 이어갔다. 슈퍼커패시터 사업을 안착시킨 성 대표는 수소연료전지 분야로 눈을 돌렸다. 특히 수소연료전지에 들어가는 핵심 장치인 막전극접합체(MEA) 분야에 주력했다. 현재 수소연료전지 사업을 본격화하기 위해 전주 본사와는 별도로 완주테크노밸리2단지에 추가로 사업장을 구축 중이다. 성 대표는 "완주 1공장을 짓고 최근 가동에 착수하면서 수소연료전지 막전극접합체 생산능력이 종전 연간 30만장에서 5배인 150만장까지 늘어났다"고 했다. 완주 1공장에 이어 연내 2공장, 품질평가센터를 추가로 완공할 예정이다. 내년에는 3공장까지 지은 뒤 완주에서 슈퍼커패시터까지 생산할 방침이다. 나아가 베트남 박린성 1·2공장에 이어 박장성에 3공장까지 추진 중이다. 이럴 경우 전주 본사는 R&D와 함께 신제품 시험생산에 주력하게 된다. 성 대표는 "머지않아 전 세계 수소연료전지 막전극접합체 시장에서 '게임체인저' 역할을 할 것"이라고 강조했다. 한편 성 대표는 사내 인재 육성을 위한 투자에도 주력한다. 이를 위해 중소기업에서는 드물게 대졸 초임 4300만원을 지급한다. 직원이 대학원에 진학할 경우 학자금을 100% 지원한다. 성 대표는 "'직원이 안 크면 회사가 망한다'는 신념으로 사내 인재 육성에 매진한다"고 말했다. butter@fnnews.com 강경래 기자

고려대 화공생명공학과 조진한 교수는 대구경북과학기술원(DGIST) 고용민 박사와 함께 천연 면섬유에 저렴한 금속의 나노입자를 코팅해 고성능 슈퍼커패시터를 개발했다고 2일 밝혔다. 연구진이 개발한 슈퍼커패시터는 현재까지 보고된 실 형태의 다른 커패시터보다 충전용량이 2.4배 많다. 슈퍼커패시터는 에너지 저장장치의 일종으로 배터리에 비해 에너지 밀도는 낮지만, 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율과 반영구적인 수명을 갖고 있다. 면 종류의 직물 소재는 쉽게 구할 수 있는 값싼 소재로 잘 휘어지면서 쉽게 끊어지지 않는 특징이 있다. 연구진은 물질간 친화력을 이용한 리간드 치환 층상자기조립법이라는 독특한 적층 방법으로 실 위에 균일하게 코팅했다. 먼저 가격 경쟁력이 우수한 구리로 전도성 나노입자를 활용했다. 가느다란 실에 8나노미터(㎚) 크기의 구리 나노입자를 고르게 코팅했다. 이와함께 여러분야에 사용하는 전기 도금법으로 전기가 잘 흐르는 금속 직물을 단시간 내에 제작했다. 이후 충전용량이 큰 니켈과 코발트를 차례로 전기도금해 최종적으로 고성능 슈퍼커패시터를 만들었다. 이렇게 만든 직물형 슈퍼커패시터는 충전용량 값이 전류밀도 10 ㎃㎠에서 12.2 F㎠로 나왔다. 이는 기존 방법으로 만든 직물형 슈퍼커패시터와 비교해 보면 단위 면적당 충전용량 값이 최대 10배 이상 증가한 것이다. 특히 전극의 다공성 구조로 인해 3겹까지 쌓았음에도 불구하고 원활한 이온과 전자 이동으로 단위 면적당 축전용량 값이 약 2.4배 증가했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 고려대 화공생명공학과 조진한 교수는 대구경북과학기술원(DGIST) 고용민 박사와 함께 천연 면섬유에 저렴한 금속의 나노입자를 코팅해 고성능 슈퍼커패시터를 개발했다고 2일 밝혔다. 연구진이 개발한 슈퍼커패시터는 현재까지 보고된 실 형태의 다른 커패시터보다 충전용량이 2.4배 많다. 슈퍼커패시터는 에너지 저장장치의 일종으로 배터리에 비해 에너지 밀도는 낮지만, 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율과 반영구적인 수명을 갖고 있다. 면 종류의 직물 소재는 쉽게 구할 수 있는 값싼 소재로 잘 휘어지면서 쉽게 끊어지지 않는 특징이 있다. 연구진은 물질간 친화력을 이용한 리간드 치환 층상자기조립법이라는 독특한 적층 방법으로 실 위에 균일하게 코팅했다. 먼저 가격 경쟁력이 우수한 구리로 전도성 나노입자를 활용했다. 가느다란 실에 8나노미터(㎚) 크기의 구리 나노입자를 고르게 코팅했다. 이와함께 여러분야에 사용하는 전기 도금법으로 전기가 잘 흐르는 금속 직물을 단시간 내에 제작했다. 이후 충전용량이 큰 니켈과 코발트를 차례로 전기도금해 최종적으로 고성능 슈퍼커패시터를 만들었다. 연구진은 "이러한 직물 전극은 높은 전기전도성을 유지함과 동시에 각 물질 간의 화학적 결합력을 이용한 코팅으로 높은 기계적 안정성을 보인다"면서 "직물 소재의 다공성 구조를 막지 않는 균일한 코팅으로 인해 단위 면적당 축전용량 값을 크게 향상시켰다"고 설명했다. 이렇게 만든 직물형 슈퍼커패시터는 충전용량 값이 전류밀도 10 ㎃㎠에서 12.2 F㎠로 나왔다. 이는 기존 방법으로 만든 직물형 슈퍼커패시터와 비교해 보면 단위 면적당 충전용량 값이 최대 10배 이상 증가한 것이다. 특히 전극의 다공성 구조로 인해 3겹까지 쌓았음에도 불구하고 원활한 이온과 전자 이동으로 단위 면적당 축전용량 값이 약 2.4배 증가했다. 연구진은 이번 연구결과를 재료과학 및 나노기술 분야의 권위 학술지인 '어드밴스드 사이언스'에 지난 9월 26일 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 나노종합기술원은 '맥신(MXene)'으로 8인치 웨이퍼 위에 100여개의 마이크로 배터리를 만드는데 성공했다. 맥신으로 만든 마이크로 슈퍼 커패시터는 2020년에 만든 것보다 5배 이상 저장용량이 향상됐으며, 잘 휘어지게 만들었다. 이용희 선임연구원은 14일 "양산이 가능한 반도체 공정기술을 활용해 8인치 웨이퍼상에 만들어냈다"고 말했다. 또한 "마이크로 슈퍼 커패시터는 잘 휘어지게 만들어 향후 사물인터넷(IoT) 센서, 피부 부착형 메디컬 소자 등의 에너지 동력원으로사용할 수 있다"고 설명했다. 맥신은 전기전도성이 우수한 2차원 판상 나노소재로 배터리, 슈퍼 커패시터, 센서, 전자파 차폐 등의 전극으로 사용할 수 있는 차세대 신물질이다. 연구진은 우선 나노팹공정을 활용해 8인치 웨이퍼 위에 맥신 기반의 에너지 저장 소자를 만들었다. 이후 최종적으로 잘 휘어지는 기판에 옮기는 공정으로 잘 휘어지게 만들었다. 실제로 마이크로 슈퍼 커패시터를 전자온도계에 연결해 작동시켰다. 이 마이크로 슈퍼 커패시터는 저장용량이 1730 F/㎤에 달했다. 또한 1만번을 사용해도 성능이 초기 값과 비슷한 수준으로 유지됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 유시테크놀로지가 그래핀 슈퍼캐퍼시티 2차전지를 개발했다는 소식에 이엔플러스가 강세다. 18일 오후 1시 39분 현재 이엔플러스는 유가증권 시장에서 전 거래일 대비 7.23% 오른 3710원에 거래되고 있다. 이날 관련 업계에 따르면 유시테크놀로지는 에너지 밀도가 리튬이온과 동일 수준인(282wh/kg) 그래핀 슈퍼커패시터셀(CELL)을 모듈화 하기 위해 자체적으로 CMS(capacitor management system)를 개발하는 데 성공했다. 슈퍼캐퍼시터를 2차전지화시켜 세계 최초로 상용화에 나설 수 있다는 증권가 관측이 나온다. 유시테크놀로지는 세보자동차, 이엔플러스와 공동으로 그래핀 슈퍼커패시터 전기차를 개발하고 있다. 이 같은 소식에 이엔플러스에도 매수세가 몰리고 있다. 이 회사는 지난 1월 이엔플러스 공동으로 인도네시아 신재생에너지 주관 공기업인 PT.SEI와 720Wh급 그래핀 슈퍼커패시터팩에 대해 연간 3만대(약 1000만달러 규모)의 수출 계약을 체결한 바 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스] 상상인증권은 7일 비나텍에 대해 안정적인 캐시카우인 슈퍼 커패시터와 고성장 모멘텀이 기대되는 수소연료사업이 앙상블을 이루면서 고성장진입 초기단계에 들어섰다고 평가했다. 목표주가 5만7500원을 제시하며 커버리지를 개시했다.  김장열 상상인증권 연구원은 "매출의 90%에 달하는 슈퍼커패시터는 시장지위 강화와 애플리케이션 다변화가 지속될 전망이며 수소연료전지는 MEA(막 전극 접합체) 캐파 확대와 파트너십 효과로 고성장 모멘텀을 보일 것으로 예상된다"고 말했다.  슈퍼 커패시터는 전기를 일시에 저장했다가 필요한 순간 전력을 공급하는 에너지 저장장치다. 2차전지의 1만 사이클 수준 대비 슈퍼 커페시터는 50만 충전 사이클로 반영구적이다. 출력밀도도 2~3 Kw/Kg로 2차전지의 10배 수준이다. 박 연구원은 "이같은 장점으로 2019~2025년 글로벌 슈퍼 커패시터 시장은 연평균 21% 성장이 예상된다"며 "글로벌 시장규모는 8000억~1조 규모로 추정되며 이 중 비나텍은 중형 부문(1000Farad 이하, 시장규모 2000~2500 억수준) 시장점유율 1위"라고 설명했다. 비나텍은 본업인 커패시터 성능개선 과정에서 2002년에 획득한 CNF 원천기술이 수소연료전지 부품 사업으로 확장을 이끌고 있다.  박 연구원은 "비나텍은 2020년 수소연료 전지 부품 중 분리판 제조회사인 '에이스크리에이션'을 인수해 지지체, 촉매, MEA, 분리판까지 스택 생산관련 밸류체인을 수직 계열화했다"고 설명했다.  이어 "동사의 2022년 40%대의 톱라인 성장성에 대한 시장의 기대가 타당하다고 판단한다"며 "조정시 분할 매수 및 중장기 '보유상태 유지(HOLD)' 전략이 필요한 주식"이라고 덧붙였다.  sjmary@fnnews.com 서혜진 기자

[파이낸셜뉴스] 그래핀 기반 2차전지 도전재, 전극의 양산시설 구축에 나서고 있는 이엔플러스가 리튬이온 배터리와 동일한 수준의 에너지밀도를 가진 ‘그래핀 슈퍼커패시터’ 개발에 성공했다고 28일 밝혔다. 이번에 개발에 성공한 그래핀 슈퍼커패시터는 에너지 밀도가 1kg당 280Wh로, 현재 상용화된 리튬이온 배터리와 동일한 수준의 에너지 밀도를 가진 것으로 나타났다. 이로써 기존 배터리 대비 빠른 충·방전이 가능할 뿐 아니라 수명이 길고 주행거리가 긴 차세대 전기차용 2차전지(New Energy Pack) 상용화가 앞당겨질 전망이다. 이엔플러스는 커패시터 기반 차세대 에너지 저장장치 전문기업 UC에너지의 연구개발 및 제조 전문 자회사 UC테크놀로지와 그래핀 기반 전기차용(EV) 슈퍼커패시터 개발에 성공해 72V의 전기자동차에 테스트를 진행하고 있다. 이에 앞서 이엔플러스는 이달 초 김천시에 그래핀 적용 슈퍼커패시터를 장착한 독립형 태양광 가로등 64대를 조달 납품, 설치를 완료하고 김천시에서 주최하는 점등식 행사에 참여한 바 있다. 또 인도네시아 국영기업 기술지원을 통해 연간 3만대 이상(100억원 규모) 슈퍼커패시터 수출계약을 앞두고, 1차분 50대에 대한 계약을 체결하고 납품을 진행 중에 있다 슈퍼커패시터는 각종 전기제품 등에서 오랜 기간 사용돼온 커패시터의 축전용량 성능을 큰 폭으로 강화시킨 2차전지의 한 종류다. 이온의 화학적 에너지 반응을 이용해 전기를 저장하는 배터리와 달리 커패시터는 전기를 그대로 저장하기 때문에 다른 2차전지와 비교해 출력, 온도, 저장 속도 등에 강점이 있다. 급속 충전을 요구하는 현 전기차 시장에서 리튬 계열의 배터리가 3000회 내외의 충·방전 횟수와 완충까지 상당한 시간을 필요로 하는 반면, 슈퍼커패시터는 최소 2만회 이상의 충·방전 횟수를 가지며 빠른 충전이 가능하다. 또한 슈퍼커패시터는 온도에 대한 특성이 좋아 셀 자체의 폭발 위험이 적다. 이엔플러스 관계자는 “UC테크놀러지의 핵심기술인 IC회로 기술과 이엔플러스가 제공하는 그래핀 및 배터리 기술이 결합해 기존 이온 배터리보다 성능이 뛰어난 차세대 저장 장치를 개발하는데 성공했다”며 “이번에 개발한 슈퍼커패시터는 에너지 밀도를 획기적으로 높여 전기차용 배터리로 적용할 경우, 긴 주행거리와 전용 충전기 사용 시 급속충전 모드에서 10분 이내에 완충이 가능한 것이 특장점”이라고 말했다. 그는 이어 “리튬이온 2차전지는 겨울철에 에너지효율이 급속히 떨어지는 데 반해 이엔플러스의 슈퍼커패시터는 저온에서도 효율이 크게 감소하지 않았다”며 “전기차는 물론 드론, 각종 가전제품 등 리튬 이온 배터리를 사용하는 대부분의 2차전지 응용제품에 적용이 가능하다”고 덧붙였다. 강태경 이엔플러스 부사장은 “슈퍼커패시터는 전기차 외에도 태양광을 활용한 전기차 충전소, 도서 산간에 전기설치가 어려운 지역에 풍력 및 태양광을 활용한 자가 ESS 장치 설비 등의 분야에 적용될 수 있다”며 “내년 상반기 중으로 최소 40분에서 1시간 가량 비행이 가능한 드론용 배터리와 10분 내 충전이 가능한 급속 보조 배터리, UPS(비상전원공급장치) 등 내년 상반기 중 다양한 상용화 제품을 출시하는 게 목표”라고 설명했다. 이엔플러스는 2020년 6월, 전기전도도가 우수한 그래핀 파우더를 액상그래핀으로 개발해 2차전지 소재에 적용하기 위해 연구소 설립 및 전문가 영입한 결과 2차전지용 도전재 전극생산에 성공했다. 이를 기반으로 12월 월간 매출액 3억5000만원을 달성했으며 본격적인 매출액 증가에 대비하기 위해 최근 150억원 상당의 양산시설 투자를 단행하기로 결정한 바 있다. 이엔플러스는 이를 통해 그래핀을 적용한 도전재, 전극, 슈퍼커패시터 양산을 본격화할 계획이다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

국내 연구진이 고성능의 슈퍼커패시터 부품을 만드는데 쓰이는 재료를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 이 방법을 이용해 슈퍼커패시터를 만든 결과, 2만번 이상 사용해도 정전용량 손실이 없었다. 또한 최대 전력밀도는 상용제품과 비슷한 3.2㎾/㎏에 달했으며, 에너지밀도는 25.87Wh/㎏으로 상용제품보다 5배 향상됐다. 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 문준희 박사는 불소가 많이 섞인 분말형 그래핀을 대량생산하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다. 연구진은 이 그래핀으로 만든 전극을 이용해 고출력 전기에너지 저장장치인 슈퍼커패시터의 성능을 끌어올렸다. 문준희 박사는 "고성능 슈퍼커패시터에 들어가는 이 재료가 대량생산이 가능해 산업에 바로 적용할 수 있을 것"이라고 말했다. 문준희 박사팀과 한국핵융합에너지연구원 석동찬 박사팀은 불소를 섞은 그래핀의 합성과 대량 도핑기술 개발했다. 또 전남대 심욱 교수팀은 이 그래핀으로 만든 슈퍼커패시터 성능을 테스트했다. 쾰른대 최희채 박사팀은 계산화학 기법을 통해 준이온결합이 슈퍼커패시터 성능향상에 미치는 영향에 대해 밝혀냈다. 문준희·석동찬 박사팀은 유전체방벽방전 반응기를 이용해 상압에서 플라즈마를 발생시켜 분말 그래핀에 직접적으로 불소이온을 결합시키는 건식공정 방식을 개발했다. 유전체방벽방전 반응기는 내부에 일정속도로 진동하는 판으로 설계했다. 이렇게 하면 분말 그래핀을 계속해서 투입시키면서 골고루 불소이온과 섞일 수 있다. 문준희 박사는 "이번에 개발한 방법은 현재 산업에서 쓰이는 습식공정이 아닌 건식공정을 이용해 추가공정이 필요없이 불소가 고루 섞인 그래핀을 대량으로 만들 수 있다"고 말했다. 탄소기반의 나노소재는 무게가 가볍고 전기전도도가 높다. 또한 낮은 비용으로 슈퍼커패시터의 전극을 만들 수 있다. 탄소원자간 결합은 전자를 받으려는 성향이 강한 비금속 원소들끼리 전자쌍을 형성하며 만들어지는 공유결합 성질을 띤다. 심욱 교수팀과 최희채 박사팀은 그래핀에 불소를 도핑해 정전기적 인력으로 원자간 결합하는 형태의 이온결합 성질을 띠게 만들었다. 연구진은 유전율이 향상되고 전하저장용량을 획기적으로 증가시킬 수 있다는 것을 실험과 양자역학 계산으로 증명했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 고성능의 슈퍼커패시터 부품을 만드는데 쓰이는 재료를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 이 방법을 이용해 슈퍼커패시터를 만든 결과, 2만번 이상 사용해도 정전용량 손실 없었다. 또한 최대 전력밀도는 상용제품과 비슷한 3.2㎾/㎏에 달했으며, 에너지밀도는 25.87Wh/㎏으로 상용제품보다 5배 향상됐다. 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 문준희 박사는 불소가 많이 섞인 분말형 그래핀을 대량생산하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다. 연구진은 이 그래핀으로 만든 전극을 이용해 고출력 전기에너지 저장장치인 슈퍼커패시터의 성능을 끌어올렸다. 문준희 박사는 "고성능 슈퍼커패시터에 들어가는 이 재료가 대량생산이 가능해 산업에 바로 적용할 수 있을 것"이라고 말했다. 문준희 박사팀과 한국핵융합에너지연구원 석동찬 박사팀은 불소를 섞은 그래핀의 합성과 대량 도핑기술 개발했다. 또 전남대 심욱 교수팀은 이 그래핀으로 만든 슈퍼커패시터 성능을 테스트했다. 쾰른대 최희채 박사팀은 계산화학 기법을 통해 준이온결합이 슈퍼커패시터 성능향상에 미치는 영향에 대해 밝혀냈다. 문준희·석동찬 박사팀은 유전체방벽방전 반응기를 이용해 상압에서 플라즈마를 발생시켜 분말 그래핀에 직접적으로 불소이온을 결합시키는 건식공정 방식을 개발했다. 유전체방벽방전 반응기는 내부에 일정속도로 진동하는 판으로 설계했다. 이렇게 하면 분말 그래핀을 계속해서 투입시키면서 골고루 불소이온과 섞일 수 있다. 문준희 박사는 "이번에 개발한 방법은 현재 산업에서 쓰이는 습식공정이 아닌 건식공정을 이용해 추가공정이 필요없이 불소가 고루 섞인 그래핀을 대량으로 만들 수 있다"고 말했다. 탄소기반의 나노소재는 무게가 가볍고 전기전도도가 높다. 또한 낮은 비용으로 슈퍼커패시터의 전극을 만들 수 있다. 탄소원자간 결합은 전자를 받으려는 성향이 강한 비금속 원소들끼리 전자쌍을 형성하며 만들어지는 공유결합 성질을 띤다. 심욱 교수팀과 최희채 박사팀은 그래핀에 불소를 도핑해 정전기적 인력으로 원자간 결합하는 형태의 이온결합 성질을 띠게 만들었다. 연구진은 유전율이 향상되고 전하저장용량을 획기적으로 증가시킬 수 있다는 것을 실험과 양자역학 계산으로 증명했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

  【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 사람 지문의 폭만큼 작아 전자 칩(chip)에도 일체화 할 수 있는 ‘초소형 슈퍼커패시터’가 개발됐다. 이를 각 부품에 적용하면 독립적 구동이 가능해, 사물인터넷(IoT) 시대를 이끌 기술로 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부의 이상영 교수팀이 전자 부품들과 일체화할 수 있는 칩 형상의 마이크로슈퍼커패시터(Microsupercapacitor)를 개발했다고 10일 밝혔다. 이는 제작과정을 프린팅 공정으로 단순화하고, 프린팅 정밀도를 높여 부품 손상 없이 일체형 초소형 전원 시스템이다.슈퍼커패시터(Supercapacitor)는 탄소 소재의 활성탄에서 전자가 붙고 떨어지는 현상을 이용해 전기 저장하고 이를 사용하는 장치다. 리튬을 쓰는 이차전지에 비해 출력이 크고 수명이 긴 장점이 있다. 특히 반도체 제작 공정을 통하면 초소형화도 가능해 IoT 기기나 입는 전자기기(wearable device) 등에 적합하다. 초소형 슈퍼커패시터를 전자 부품에 직접 연결해 전원 일체형 전자기기를 만들 수 있는 것이다.그동안 전자 부품에 직접 슈퍼커패시터를 결합하기는 어려웠다. 반도체 제작 공정 중 발생하는 열이나 화학물질에 의해 전자 부품이 손상될 우려가 있기 때문이었다. 이 때문에 잉크젯 프린팅으로 전자부품 위에 슈퍼커패시터를 결합하는 방식도 있지만 정밀도가 떨어지는 한계가 있었다.이에 이상영 교수팀은 ‘전기수력학 프린팅(Electrohydrodynamic jet-printing)’ 기법을 이용해 이 문제를 해결했다. 전극물질과 전해질을 잉크처럼 써서 부품 위에 찍어내는 것은 잉크젯 프린팅과 동일하지만, 정전기적 힘으로 잉크가 번지는 현상을 줄여 정밀도를 높였다. 일반 잉크젯 프린팅 기법은 잉크를 ‘뿜어내기’ 때문에 각 물질이 퍼지게 되는데, 정전기적 힘을 이용한 새로운 기법은 잉크를 ‘잡아당겨’ 번짐이 적다. 이 기법을 쓰면 선폭 1마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만 분의 1m)이하 까지 정밀하게 프린팅 가능하다.제1저자로 논문에 참여한 이권형 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “전기수력학 프린팅 기법으로 1제곱센티미터(㎠)에 단위전지를 54.9개까지 제작할 수 있었고, 같은 면적에서 65.9볼트(V)의 출력을 달성했다”고 밝혔다.연구팀은 이 기법을 이용해 동전보다 작은 칩(0.8cm x 0.8cm) 위에 전지 36개를 만들고, 직렬 연결하는 데 성공했다. 이 전지들은 80℃의 온도에서 잘 작동해 실제 전자 부품의 작동하는 과정에서 발생하는 고열도 견딜 수 있다. 또 이 전지들은 병렬이나 직렬로 자유롭게 연결 가능해 소형기기에 맞춤형 전원 공급이 가능하다. 이상영 교수는 “IC칩처럼 좁은 기판 위에 전지를 고밀도로 집적함으로써, 공간 제약 없이 전지 성능을 자유롭게 조절 가능한 기술”이라며 “좁은 공간에 전지를 집적하는 기술은 슈퍼커패시터뿐 아니라 다른 전기화학 시스템과 장치에 확장 적용 가능 할 것이다” 라고 기대했다. 이번 연구는 산업통상자원부의 ‘나노융합산업핵심기술개발사업’과 과학기술정보통신부의 ‘중견연구자(도약)지원사업’의 지원으로 진행됐다. 연구성과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발행하는 다학제 분야 세계적 권위지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 3월 6일자로 게재됐다. ulsan@fnnews.com 최수상 기자