경남과학기술대학교 에너지공학과 안건형 교수와 성균관대학교 물리학과 차승남 교수팀이 차세대 섬유 기반의 에너지 자립화(발생ㆍ저장) 기술 개발에 성공했다.

　연구 결과는 첨단 에너지 소재 분야의 세계적 학술지인 `Advanced Energy Materials`(2020년 1월 21일 게재) 및 첨단 기능성 소재 분야의 세계적 학술지인 `Advanced Functional Materials`(2020년 1월 29일 게재)에 연속해서 표지논문으로 게재됐다.

　모든 것이 연결되는 초연결 시대의 4차 산업혁명이 진행됨에 따라 정형화된 형태의 디바이스 틀을 탈피하고 각각의 전자기기가 하나로 연결되는 형태가 요구되고 있다. 이에 따라 활용도 제약이 없는 디자인을 실현할 수 있는 섬유 기반의 전자기기 기술이 주목받고 있다.

　섬유에 에너지를 저장하기 위해 대표적으로 적용된 기술인 슈퍼커패시터는 현재 주로 이용되는 리튬이온 배터리보다 출력 밀도가 높고 수명이 길며 충ㆍ방전 속도가 빠르다는 장점이 있어 순간적인 고출력 에너지가 필요한 신재생에너지 발전소와 전기자동차 등에 적용되고 있다.

　그러나 현재 활성탄소 등을 전극 소재로 이용하는 기존의 슈퍼커패시터는 에너지 저장용량 발전에 한계가 있어 새로운 소재 및 디바이스 모색이 필요한 상황이다.

　이에 따라 이번에 신규 개발한 기술은 전류가 제어된 전기 도금법을 이용해 얇은 2차원 나노구조를 탄소섬유 표면에 증착을 진행하고， 이를 아연-이온 슈퍼커패시터의 전극으로 이용해 기존보다 많은 에너지를 저장하는 데 성공했다.

　특히 접고， 뒤틀고， 꼬아도 99%의 에너지 저장 유지성능을 보였으며， 물속에서도 작동하는 방수성능을 확보했다.

　또한， 섬유 기반 전자기기의 또 다른 중요한 관심사는 충전기， 보조배터리 등 외부로부터 전력을 공급받는 것이 아니라 에너지 자립화 시스템을 구축해 사용 기능에 대해 지속성을 향상하는 것이 요구되고 있다.

　따라서 충전기를 사용하지 않고 지속적인 전력 공급을 위해서 대표적으로 마찰전기 발전기에 대한 연구가 진행됐으며， 이를 통해 발전한 전기에너지를 저장하기 위해 슈퍼커패시터와 결합하는 마찰전기 발전기ㆍ슈퍼커패시터 결합 디바이스에 대한 연구가 대표적으로 진행돼왔다.

　하지만 이는 마찰 발전기에서 생성된 교류 전기를 슈퍼커패시터에 충전을 위한 직류 전기로 바꿔야 하는 정류기 및 외부회로가 필요하다는 단점이 있다.

　반면에 이번 기술은 정류기 및 외부회로가 필요 없이 마찰발전 전기를 이용해 슈퍼커패시터 전해질 내부의 전하를 유도하는 과정을 최초로 규명했다.