나노기술원, 맥신 기반 유연 에너지저장소자 개발

8인치 웨이퍼 상에 제작된 맥신기반 유연(flexible) 에너지 저장 소자의 모식도. (자료제공: 나노기술원)

나노종합기술원(원장 이조원, 이하 ‘나노기술원’)이 반도체 공정기술을 활용하여 8인치 웨이퍼상에서 맥신(MXene) 기반 유연 에너지저장 나노소자(마이크로 슈퍼 캐패시터) 개발에 성공했다고 지난달 14일 밝혔다.
최근 5G/6G 통신, 사물인터넷(IoT) 소자, 무인기/드론, 바이오/메디컬 전자기기 시장의 성장에 따라, 유연하고 고성능을 가지는 소형 에너지 저장장치(마이크로 슈퍼캐패시터 등 마이크로 배터리)의 수요가 증가하고 있다.
특히, 마이크로 슈퍼캐패시터는 높은 출력, 빠른 충방전과 우수한 사이클 특성을 지녀 미래 에너지 동력원으로서 각광받고 있으나 작은 에너지 저장용량, 유연 기판 제작공정 및 양산화 기술의 부재 등 한계로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있었다.
이에 나노기술원은 높은 재현성과 신뢰성을 가지는 반도체 공정기술을 활용하여 8인치 웨이퍼 상에 100여 개의 마이크로 배터리 소자를 제작하는 대량생산 기술 개발에 성공했다. 개발된 기술은 웨어러블 에너지 소자로 매우 높은 수준의 저장용량(1,730 F/cm3)과 10,000번의 벤딩 사이클 이후에도 저장용량 유지율이 뛰어난 것이 큰 장점이다.
연구를 주도한 이용희 선임연구원은 “양산이 가능한 반도체 공정기술을 활용하여 고용량의 유연 에너지 저장소자를 8인치 웨이퍼상에 구현하였으며, 향후 IoT 센서, 피부 부착형 메디컬 소자 등의 에너지 동력원으로서의 활용이 기대된다”고 밝혔다.
이조원 원장은 “이번 연구성과는 반도체와 배터리의 이종기술 융합을 통한 제조기술 혁신을 앞당길 수 있는 대표적 성과이며, 향후 기술원은 반도체 인프라를 기반으로 다양한 융합기술의 상용화 연구지원을 강화할 계획이다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구성과는 화학공학분야 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 8월 온라인 게재됐다.