맥신 탄소나노튜브 기반 슈퍼캐패시터 제작 모식도.[나노종합기술원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 나노종합기술원은 나노융합소재 개발실 안치원 박사 연구팀이 반도체 공정기술을 활용해 전기용량을 4배 이상 높인 맥신 기반 에너지저장 나노소자(슈퍼캐패시터) 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

맥신(MXene)은 전기전도성이 우수한 2차원 판상 나노소재로서, 에너지 저장소자, 센서, 전자파 차폐 등에 전극으로 적용돼 뛰어난 성능을 발휘하는 차세대 신물질을 말한다.

이번에 개발된 맥신 기반 슈퍼캐패시터 기술은 반도체 공정기술과 미국 드렉셀대학교의 맥신 소재 원천기술을 융합한 국제공동 기술개발 성과로서, 국제학술지 ‘나노 에너지’ 11월호에 게재됐다.

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 개선돼 소자 성능이 향상된다. 잉크젯 프린팅과 레이저 패터닝 기술을 적용한 기존 연구는 패터닝 기술의 소형화 한계로 수십 마이크로미터 이하의 선폭 제어에 한계가 있었다.

한미 공동연구진은 미세 선폭 제어기술인 반도체 공정기술(포토리소그래피), 전자빔 리소그래피 기술, 집속이온빔 기술을 활용해 대면적 8인치 웨이퍼에서 500nm 선폭 맥신/탄소나노튜브 복합소재를 적용한 슈퍼캐패시터 소자를 구현했다. 이를 통해 기존보다 4배 높은 전기용량과 빠른 충방전 성능을 확보했다.

안치원 박사는 “8인치 나노공정기술과 나노소재 기술의 융합을 통해 나노에너지 분야의 핵심기술인 초소형 및 고성능 에너지 소자의 상용화 가능성을 확인한 것이 의미가 크다”라고 설명했다.

이조원 나노종기원 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.

nbgkoo@heraldcorp.com