나노종합기술원은 반도체 공정기술을 활용해 전기용량을 4배 이상 높인 맥신(MXene) 기반 에너지저장 나노소자(슈퍼캐패시터) 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
이번에 개발된 맥신 기반 슈퍼캐패시터(supercapacitor) 기술은 기술원의 반도체 공정기술과 미국 드렉셀대학교의 맥신 소재 원천기술을 융합한 국제공동 기술개발 성과로, 세계적 권위지인 나노 에너지(Nano Energy(IF=16.6))에 지난달 게재됐다.
맥신(MXene)은 전기전도성이 우수한 2차원 판상 나노소재로 에너지 저장소자, 센서, 전자파 차폐 등에 전극으로 이용되는 차세대 신물질이다.
전극과 전해질 계면으로 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용하는 슈퍼캐패시터는 축적용량이 매우 크고 급속 충방전이 가능하며 우수한 사이클 수명을 갖는다.
슈퍼캐패시터는 양쪽 전극사이의 갭(gap)이 작아질수록 이온 수송 특성이 개선돼 소자 성능이 향상된다. 잉크젯 프린팅과 레이저 패터닝 기술을 적용한 기존 연구는 패터닝 기술의 소형화 한계로 수십 마이크로미터 이하의 선폭 제어에 한계가 있었다.
이번에 공동연구로 탄생한 기술은 미세 선폭 제어기술인 반도체 공정기술(포토리소그래피), 전자빔 리소그래피(E-beam lithography) 기술, 집속이온빔(FIB) 기술을 활용해 대면적 8인치 웨이퍼에서 500㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 선폭 맥신·탄소나노튜브 복합소재(맥신)를 적용한 슈퍼캐패시터 소자다.
이를 통해 높은 전기용량(317mF/㎠, 4배 향상)과 빠른 충방전 성능을 확보했다.
연구책임자인 안치원 박사는 “8인치 나노공정기술과 나노소재 기술의 융합을 통해 나노에너지 분야의 핵심기술인 초소형 및 고성능 에너지 소자의 상용화 가능성을 확인한 것이 의미가 크다”고 말했다.
대전=전희진 기자