나노종합기술원(이하 ‘기술원’) 연구진이 반도체 공정기술을 활용하여 전기용량이 4배 이상 획기적(4배 이상)으로 향상된 맥신(MXene) 기반 에너지저장 나노소자(슈퍼캐패시터) 개발에 성공하였다.
이번에 개발된 맥신(MXene) 기반 슈퍼캐패시터 기술은 기술원의반도체 공정기술과 미국 드렉셀대학교(나노재료연구소, 연구소장 Yury Gogotsi)의 맥신 소재 원천기술을 융합한 국제공동 기술개발 성과로서, 세계적 권위지인 Nano Energy(IF=16.6)에 게재(11월 온라인)되었다.
최근 기후변화, 환경규제 강화 및 모바일 기기 시장의 성장에 따라 고성능 전기에너지 저장장치에 대한 수요가 증가함에 따라 슈퍼캐패시터의 글로벌 시장이 급성장하고 있어, 소자의 소형화, 효율화 및 대용량화를 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
슈퍼캐패시터는 양쪽 전극사이의 갭(gap)이 작아질수록 이온 수송 특성이 개선되어 소자 성능이 향상된다. 잉크젯 프린팅과 레이저 패터닝 기술을 적용한 기존 연구는, 패터닝 기술의 소형화 한계로 수십 마이크로미터 이하의 선폭 제어에 한계가 있었다.
개발된 기술은 미세 선폭 제어기술인 반도체 공정기술(포토리소그래피), 전자빔 리소그래피(E-beam lithography) 기술, 집속이온빔(FIB, Focused Ion Beam) 기술을 활용하여 대면적 8인치 웨이퍼에서 500nm 선폭 맥신/탄소나노튜브 복합소재(맥신)를 적용한 슈퍼캐패시터 소자를 구현하였으며, 이를 통해 높은 전기용량(317mF/cm2, 4배 향상)과 빠른 충방전 성능을 확보하였다.
연구책임자인 안치원 박사는 “8인치 나노공정기술과 나노소재 기술의 융합을 통하여 나노에너지 분야의 핵심기술인 초소형 및 고성능 에너지 소자의 상용화 가능성을 확인한 것이 의미가 크다”고 밝혔다.
이조원 원장은 “개발된 기술은 해외 연구그룹과의 공동 연구성과로, 기술원은 국내 연구자와 해외 연구자간 국제 공동R&D와 교류의 장을 제공하는 R&D허브의 역할을 강화해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(한국연구재단)의 해외우수연구기관 유치사업(GRDC, FIRST 나노기술 Co-op 센터)의 지원을 받았다.
