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티셔츠를 이용한 전자 소자의 배터리 충전
 최근 “flexible and stretchable” 일렉트로닉스 응용을 위해 유연하고 착용할 수 있는 에너지 소자에 대한 관심이 증가하고 있다. 앞으로의 기술 개발이 더욱 가볍고, 또한 저렴한 비용을 요구하고 있지만, 현존하는 대부분의 에너지 수확 및 저장 소자는 실제 응용을 위해서 여전히 너무 두껍고 무겁다.
미국 Georgia Institute of Technology의 Zhong Lin Wang가 이끄는 연구진과 한국 삼성 전자의 김종민 박사와 공동으로 직물 형태의 유연한 에너지 저장 소자를 개발했다. 연구 결과는 2011년 1월 14일자 Angewandte Chemie International Edition지에 “Fiber Supercapacitors Made of Nanowire-Fiber Hybrid Structures for Wearable/Flexible Energy Storage”란 제목으로 게재됐다. 연구에서 활용된 슈퍼 커패시터는 통상적인 파이버 위에 성장한 산화아연 와이어로 구성되어 있다.
작고 가벼운 요소들이 계속적으로 개발되고 있지만, 에너지 발생 및 저장을 위한 대부분의 소자는 계속적으로 전자소자의 소형을 달성하기에 너무 두껍고 무겁다. 수퍼캐패시터는 배터리를 위한 대안책이다. 수퍼캐패시터의 경우에는 끊임없이, 매우 빠르게 충전이 가능하지만, 유연하지 않거나 충분히 가볍지 못했다.
연구진은 산화 아연 나노와이어를 전극으로 활용한 고효율의 파이버 기반 마이크로-수퍼캐패시터 프로토타입을 개발했다. 한쪽 전극은 유연하고 미세한 플라스틱 와이어로 구성되었고, 반대편은 방탄조끼 제작을 위해 사용되는 케블러(Kevlar, 인조 합성 물질)로 이루어졌다. 그리고 양쪽 전극 위에 모두 산화 아연 나노와이어를 성장할 수 있었다. 이 위에, 금과 산화 망간을 코팅함으로써, 추가적으로 정전 용량(capacitance)을 향상시킬 수 있었다. 마지막으로 고체 겔 전해질을 사이에 두고, 전하를 수송할 수 있도록 조립하였다.
산화 아연은 통상적인 수퍼캐패시터 물질에 비해 많은 장점이 있다. 특히, 어떤 기판 위에서라도, 어떤 형태로, 그리고 100 oC 이하의 저온에서 성장이 가능하며, 또한 생체 거부 반응이 없고 친환경적인 물질이다.
아주 흥미로운 응용 분야는 바로 유연한 파이버 나노발전기(nanogenerator)와 조합된 새로운 전하 저장 매체이다. 착용자의 심장박동과 걸음, 심지어는 약한 바람도 섬유 내의 산화 아연 나노와이어로부터 압전 특성(piezoelectric)을 이끌어내어, 전류를 생산할 수 있다. 즉, 전력을 생산할 수 있는 티셔츠를 제작하여, 휴대폰, 센서와 같은 작은 전자 소자에 전력을 공급할 수 있을 것이다.
그림. 전해질로 뒤덮힌 착용가능하며 또한 유연한 파이버 수퍼캐패시터로 산화 아연 나노와이어로 구성되어 있다.
출처: KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
(http://www.nanowerk.com/news/newsid=19740.php)
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