기존 대비 10배 성능 향상, 세계 최고 권위 학술지 게재

제주대학교 그린수소 글로컬 선도연구센터(RLRC) 및 제주 에너지신산업 교육연구단(BK21) 소속의 조티 프라카쉬 다스(Jyoti Prakash Das, 제1저자) 박사수료생과 김상재 기계시스템공학과 교수(교신저자) 연구팀이 차세대 초소형 에너지 저장 장치인 '마이크로-슈퍼커패시터' 개발의 상용화 가능성을 획기적으로 높였다. 특히 이번 성과는 지난 11월 유기젤 기반 '전자 피부' 센서의 최고 권위 학술지 게재에 이은 연이은 쾌거로, RLRC 연구팀이 미래 에너지신산업 분야에서 세계적 수준의 혁신을 선도하고 있음을 보여준다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 학술지 중 최고의 영향력을 자랑하는 Progress in Materials Science에 지난 11월 10일자로 게재됐다. 이 저널은 영향력 지수(Impact Factor, IF) 40을 기록하며, 관련 분야 학술지 중 상위 0.5% 이내에 드는 세계 최정상급 학술지로, 연구의 학술적 중요성과 혁신성을 국제적으로 입증했다.

마이크로-슈퍼커패시터는 일반적인 배터리보다 훨씬 빠르게 충전과 방전이 가능하면서도 크기가 매우 작아, 웨어러블 기기, 생체 센서, IoT(사물인터넷) 장치 등 미래 전자제품의 핵심 전력원으로 불린다. 연구팀은 '꿈의 신소재'로 불리는 맥신(MXene)을 활용했는데, 이는 매우 얇고 전기 전도성이 높아 슈퍼커패시터의 성능을 극대화할 수 있는 2차원 나노 물질이다.

연구팀의 성과는 크게 세 가지다. 첫째, 맥신을 마치 프린터 잉크처럼 정밀하게 만들 수 있는 맞춤형 잉크 기술을 확보했다. 이는 고성능 전극을 만드는 핵심 열쇠다. 둘째, 이 잉크를 이용해 인쇄하듯이 초소형 전극을 찍어내는 과정에서, 에너지 저장 효율을 극대화할 수 있는 최적의 디자인을 찾아냈다. 셋째, 기존의 복잡하고 비싼 제조 방식 대신, 잉크젯 프린팅이나 스크린 프린팅 같은 간단한 인쇄 기술로도 고성능 마이크로-슈퍼커패시터를 빠르고 대량으로 생산할 수 있는 길을 제시했다. 이 전략은 기존 연구에서 보고된 것보다 에너지 저장 능력이 최대 10배에 달하는 수준을 달성할 수 있는 핵심 기술로 평가된다.

이 연구는 제주대학교의 RLRC와 BK21에 참여하는 연구팀이 이뤄낸 핵심 성과이다. 초소형, 고성능의 전원 장치는 스마트 팩토리, 분산 센서 네트워크 등 에너지신산업의 기반이 되는 시스템의 전력 소모를 최소화하고 효율을 극대화한다. 특히, 그린수소 생산 및 활용 과정에서 필요한 고정밀 모니터링 센서나 지능형 제어 시스템의 전원으로 활용돼, 그린수소 산업의 안정적인 운영과 고도화에 필수적인 인프라를 제공할 수 있다.

교신저자 김상재 교수는 "이번 연구는 맥신의 구조적 이해와 첨단 인쇄 기술을 결합하여 초소형 에너지 저장 장치 분야의 상용화를 크게 앞당길 것"이라며, "이 연구가 세계 최정상급 학술지에 실린 것은 우리 연구가 미래 에너지신산업과 그린수소 생태계 구축에 중요한 기술적 토대가 될 것임을 국제적으로 입증한 것이다"라고 강조했다.

제1저자 조티 프라카쉬 다스 박사수료생은 "머신러닝 등 첨단 분석 기법을 적용하여 맥신 소재의 성능을 지속적으로 끌어올리는 연구를 진행할 것"이라고 밝혔다.

# 참고정보

- 연구팀 소속 : 제주대학교 에너지응용시스템학부(메카트로닉스공학 전공)

- 소속기관 : 그린수소 글로컬 선도연구센터(RLRC), BK21 제주 에너지신산업 교육연구단

- 논문명 : Advances in structural engineering and electrochemical insights of MXene-based derivates for next generation micro-supercapacitor with tuneable ink, microelectrode design, and scalable manufacturing strategies

- 학술지명 : Progress in Materials Science (IF: 40)