- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤 사업화를 위해 넥스젤바이오텍 창업 및 기술이전 - 시리즈A 투자 유치 완료, 약물전달시스템, 의료기기 등 다양한 분야에 상용화 목표 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)과 주식회사 넥스젤바이오텍(대표이사 송수창)은 7월 28일(목) KIST 서울본원에서 ‘온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤 기술’에 대한 기술이전 및 사업화 협력을 위한 기술이전 조인식을 가졌다. 현재의 의료기기에 사용되는 하이드로젤 소재는 상온에서는 액상으로, 체온에서는 고형의 젤타입으로 존재한다. 자연유래 고분자 및 합성고분자로 나눌 수 있는데, 자연유래 고분자의 경우 생분해성을 갖는 반면 젤화속도가 느리고 낮은 물성을 갖는다. 합성고분자의 경우, 대부분 분해속도 조절 및 기능기 도입이 어렵다는 문제점이 있다. KIST가 개발한 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤은 타 온도감응성 하이드로젤과 달리 기능기에 원하는 다양한 치환체를 도입할 수 있고, 기능기가 도입된 폴리포스파젠 하이드로젤은 목적하는 용도에 따라 항암제, 단백질, 유전자, 세포 등의 전달체로써 사용될 수 있으며, 그 자체로도 필러와 같이 일정 기간 체내에 유지되다가 생분해되어 없어지도록 하는 용도로 사용될 수 있는 기술이다. 주식회사 넥스젤바이오텍은 KIST 창업기업으로 대표이사인 송수창 박사는 KIST 책임연구원으로 25년 동안 재직한 해당 기술분야의 전문가이다. 이번 기술이전 계약을 통해 산업 확장성이 뛰어난 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤을 활용, 바이오잉크용 폴리포스파젠에서부터 화상치료, 골이식재, 성형필러 등의 의료기기 및 약물전달시스템과 같은 신규사업 분야로 진출해 나갈 것으로 기대된다. 주식회사 넥스젤바이오텍은 이미 기술시장 분석 및 특허가치 평가를 통과하여 시리즈A 투자를 유치하고, 기술의 검증 및 사업화를 위한 만반의 준비를 마친 상태이다. KIST는 이번 조인식을 통해 자체개발한 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤 기술을 국내에서 성공적으로 상용화하고, 우리나라를 바이오 분야 기능성 하이드로젤 소재 강국으로 자리매김하도록 주식회사 넥스젤바이오텍과 협력해 나갈 예정이다. KIST 윤석진 원장은 “온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤 기술의 국내에서의 조기 상용화를 통해 넥스젤바이오텍이 KIST 창업기업의 새로운 성공스토리를 써 나갈 것으로 기대한다.”고 말했다. 또한 주식회사 넥스젤바이오텍의 송수창 대표이사는 “세계 최고수준인 KIST의 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤 기술을 이전받고, 국내 생체재료 및 약물전달시스템 시장에서의 선두주자가 되기 위해 노력할 것이며, 나아가 글로벌 시장 진출에 앞장서도록 노력하겠다.”고 밝혔다. [그림 1] 사진 1. (좌) 송수창 (주)넥스젤바이오텍 대표이사와 (우) 윤석진 KIST 원장이 기술이전 조인서에 서명을 한 후 기념 촬영을 하고 있다.

KIST, 단일층 맞춤형 그래핀으로 가스차단 기술 개발 - 단일층 그래핀으로 수분을 60% 이상 차단하는 기술개발 - 수분으로 인한 플랙서블 디스플레이의 수명 단축 문제해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 양자응용복합소재연구센터 김명종 박사팀은 전기화학 연마 공정을 거친 그래핀 필름의 합성단계를 2단계(*2단계 성장법)로 나눠 진행하여 그래핀 결점을 최소화 하여 화학기상증착법(*CVD(Chemical Vapor Deposition))을 이용한 가스차a단 맞춤형 그래핀을 개발했다. 연구팀은 차단 특성을 확인하기 위하여 기존 방식과 다른 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시했다. 가스차단 필름은 작게는 식품포장재부터 크게는 디스플레이까지 다양한 범위의 제품에 활용되고 있다. 이러한 가스 차단 필름은 통상 산소나 수분을 차단하여 제품의 내구성을 높여준다. 특히 최근 폭발적인 성장을 보이고 있는 플렉시블 디스플레이 분야에서는 고분자 기반 소재가 기판으로 가장 많은 기대를 받고 있으나, 산소 및 수분 차단 특성이 부족하여 이에 대한 대안으로서 가스차단 필름에 대한 관심이 증가되고 있다. 하지만 기존의 가스차단 필름의 재료인 유리, 세라믹 및 금속 등은 비용 및 기술적인 문제로 인해 그 활용에 한계가 있었다. 이러한 한계점을 극복하고자 다양한 금속박막, 고분자, 나노 입자를 복합화하는 등 다양하고 폭 넓은 시도가 이루어지고 있으며 그 중 신소재인 그래핀이 주목을 받고 있다. 그래핀은 육각형 구조를 가진 탄소의 단일 소재로 가스와 같은 작은 분자단위 투과를 차단하는 효과 뿐만 아니라 높은 비표면적 (2,600 m2/g)을 가지며, 전기적 (20,000 cm2/Vs), 기계적(>1000 GPa), 열적 (~3000 W/mK)물성 등이 우수한 소재로 알려져 있다. 다만 기존의 화학기상증착법 (CVD)방식으로는 그래핀 합성과정상 문제로 가스차단 필름 생성에 어려움이 있었다. 김명종 박사팀은 맞춤형 화학기상증착법 (CVD)을 이용하되 금속 층에 탄소 전구체를 포함하는 반응 가스 및 열을 제공하여 반응시킴으로써 금속 층에 하나의 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생되는 결점들로 인한 한계를 극복하기 위하여 금속 촉매 기판을 전기화학 연마 (Electro-chemical Polishing) 처리하여 금속 촉매 기판 표면의 불순물을 제거하고 거칠기 (Roughness)를 조절하였다. 더 나아가, 그래핀 필름의 합성 단계를 2단계로 나눈 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 제어하고 가스차단 특성을 향상시켰다. 이러한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 PET 기판에 전사하여 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정한 결과, 그래핀 1장으로도 수분투과도가 PET 기판 대비 60% 정도 감소하였다. 김명종 박사팀은 이러한 결과를 토대로 수분투과도와 그래핀 결점 밀도 (Defect density)의 연관성을 확인하고 기존의 가스차단 특성 확인 방식과는 다른 해석방법으로 새로운 그래핀 가스차단 모델을 제시하였다. 본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 산업부 그래핀 소재/부품 기술개발사업 3세부 과제 (주관: 상보)로 수행되었으며, 네이쳐 그룹 (Nature group) 에서 발간하는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports, Impact Factor: 5.578)의 2016년 4월호에 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 서태훈 박사, KIST 조선대 학연 석사과정생인 이슬아 연구원이며, 조선대(이재관 교수), 동아대(이헌상 교수)와의 공동연구 결과이다. * (논문명) ‘Tailored CVD grahene coating as a transparent and flexible gas barrier’ - (제1저자) 서태훈 박사후 연구원, 이슬아 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김명종 박사 <그림자료> <그림 1> KIST 김명종 선임연구원팀은 기존의 1단계 성장법으로 합성된 그래핀에서 발생하는 결점을 제어하기 위해, 전기화학 연마 (Electro-chemical polishing) 공정과 2단계 성장법을 통해 그래핀의 결점을 최소화한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀을 합성하였다. 위 그림은 전기화학 연마 공정과 2단께 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate)를 측정하기 위해 PET 기판에 전사한 이미지이며, 이는 PET 기판에 전사한 그래핀의 훌륭한 유연성을 보여주고 있다. <그림 2> 해당 그림은 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 수분투과도 (Water Vapor Transmission Rate) 및 투과성 (Permeability)을 보여주는 결과이다, 이는 수분투과도 장비를 이용하여 측정하였으며, 측정은 24 시간 동안 진행하여 정상 상태에 도달하였다. 그 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 PET 대비 60 % 정도 감소한 수분투과도 값을 나타냈다. <그림3> 해당 그림은 AFM (Atomic Force Microscope)를 통해 그래핀의 결점 밀도 (Defect density)를 보여주는 결과이다. 구리 에칭용 시약 (Copper etchant)를 통해 결점 분석 실험을 진행한 결과, 전기화학 연마 공정과 2단계 성장법을 적용하여 합성한 가스차단 맞춤형 CVD 그래핀의 경우 같은 면적 내의 결점 밀도 수가 가장 낮은 값을 보여주고 있다.