초록 ▼

□ 연구개요
스스로발전하고 에너지를 저장하는 일체형 슈퍼커패시터 (자체축전슈퍼커패시터)는 기계적인에너지를 전기적인에너지로 직접변환이 가능한 에너지의 소비가 매우 작은 압전 및 전기화학프로세스가 작동원리이고, 자연 혹은 인공적인 움직임만으로 발전 및 충전소자의 기능을 동시에 구비할 수 있음으로 외부전원, 소형화, 유연성에 의한 집적화문제를 해결할 수 있는 차세대 전력원이다.
본 연구에서는 외부전원 없이 고립된 환경 하에서도 전기를 생산·저장하여 일체형의 자가발전 및 충전이 가능한 초소형의 유연전자기기 등의 에너지원으로 사용

□ 연구개요
스스로발전하고 에너지를 저장하는 일체형 슈퍼커패시터 (자체축전슈퍼커패시터)는 기계적인에너지를 전기적인에너지로 직접변환이 가능한 에너지의 소비가 매우 작은 압전 및 전기화학프로세스가 작동원리이고, 자연 혹은 인공적인 움직임만으로 발전 및 충전소자의 기능을 동시에 구비할 수 있음으로 외부전원, 소형화, 유연성에 의한 집적화문제를 해결할 수 있는 차세대 전력원이다.
본 연구에서는 외부전원 없이 고립된 환경 하에서도 전기를 생산·저장하여 일체형의 자가발전 및 충전이 가능한 초소형의 유연전자기기 등의 에너지원으로 사용하기 위한 자체축전슈퍼커패시터의 개발 및 성능향상을 위한 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서는 슈퍼커패시터의 일반적인 양극구조의 중간에 압전분리막을 설치하여 이온과 전하의 이동을 유도함으로써 전기를 충전하는 초소형가 가능한 저장장치이고, 금속산화물 전극사이에 반고상전해질과 압전폴리머의 분리막을 사용하여 유연성을 겸비할 수 있다. 실용화를 위해서는 전극재료, 분리막, 전해질, 신구조 및 패키징 방법을 개발하여 부품소재의 고성능화는 물론 소재상호간의 최적설계를 통하여 에너지 변환효율의 향상을 위한 연구를 실시하였으며, 당초의 충전전압 성능 목표치 400mV를 매우 상회하는 706mV 를 달성하였다. 또한,
항목별 주요 연구내용은 1) 에너지변환(기계에너지전기에너지화학에너지) 및 저장효율이 높은 새로운 전극, 전해질소재, 소자구조설계 및 패키징기술을 적용하는 부품소재의 고성능화, 2) 고상 및 반고상의 전해질과 압전 계면의 전기화학적인 프로세스를 활용한 대칭, 비대칭 및 하이브리드 형 전극을 중심으로 한 자체축전슈퍼 커패시터의 기반기술 확보, 3) 주요 부품요소와 상호조합간의 성능향상을 통한 충전 전압, 전력밀도, 에너지밀도의 개선 및 새로운 소재의 개발, 4) 폴리머 압전분리막, 고상 및 반고상의 전해질, 유연기판 및 고전도도 전극으로 구성된 웨어러블 유연자 체축전슈퍼커패시터의 개발, 5) 압전계면의 반응 및 이온과 전하의 이동에 관한 소자의 작동메카니즘의 규명, 6) 웨어러블 유연 자체축전슈퍼커패시터의 실용화를 위한 에너지발전저장센싱의 통합시스템 구축에 관한 연구를 핵심연구내용으로 수행하였다. 이러한 연구성과는 1)국제전문학술지(SCI) 59건, 2)국제 및 국내학회논문발표 150건 이상, 3) 특허등록 4건(출원6건), 4) 기술이전 1건, 5) 영문저서출간 2건, 6) 연구재단 우수성과보도 2건, 7) 학회학술상 2건 및 국가포상 1건, 8) 국제학회수상 25건, 9) 박사급 전문인력양성 5명, 10) 학술지표지논문 5건 등의 정성적 및 정량적성과목표를 초과하여 달성하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 성능을 개선한 자체축전슈퍼커패시터는 압전, 마찰전기등의 나노발전기와 에너지저장을 위한 슈퍼커패시터와 결합하여 휴대용전자기기 및 웨어러블 유연 전자장치를 포함하는 다양한 분야에서 중요하게 응용가능 기반을 확보하였다.
1) 자체축전슈퍼커패시터는 외부전원 및 배터리의 크기문제를 해결할 수 있고 유연성과 초소형화가 가능함으로 독립된 전원을 필요로 하는 웨어러벌 응용기기를 비롯한 차세대 휴대용전자장치에 적용이 가능함을 시연하였다.
2) 별도의 에너지 발생장치 없이 자체구동이 가능한 일체형 축전지를 이용하여 전원과 연결할 수 없는 고립된 공간에서도 안정적․효율적으로 에너지를 저장하거나 공급이 가능함을 확인하였다.
3) 기존의 에너지 저장 시장뿐만 아니라 향후 플렉서블ž웨어러블 전자산업과 같은 신시장 창출이 가능하고 그린 에너지 전력원으로써 에너지 수요의 급격한 증가와 지구 온난화에 따른 환경오염문제를 해결에 기여가 기대된다.
4) 최종적으로 개발된 자체축전슈퍼커패시터관련 전력소자분야의 원천기술을 확보하게 되었고, 30명 이상의 본 과제를 통한 에너지 수확분야의 전문연구인력의 양성에 기여 하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 필요성 ... 4
• 나. 중요성 ... 5
• 다. 기존연구의 문제점과 본 과제에서 제안하는 해결방법 ... 6
• 라. 최종목표 및 연구범위 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 가. 주요 핵심 연구결과 ... 7
• 나. 과제제안서의 대표성과 목표 ... 9
• 다. 계획서 대비 연차별 성과 목표의 달성도 ... 10
• 라. 연구기간 3년간 정량적 성과 목표의 달성도 ... 11
• 마. 연차별 대표적 연구성과 ... 11
• 바. 연구기간 본 연구관련 수상실적 ... 13
• 바. 연구기간 본 연구관련 저서발표실적 ... 14
• 사. 연구기간 표지논문 발표실적 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 가. 국제전문 학술지 논문발표성과 ... 15
• 2) 특허등록, 출원 및 기술이전 ... 18
• 3) 국제 및 국내학회발표 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 27
• 5. 연구성과 ... 28
• 대표적 연구실적 ... 39
• 끝페이지 ... 54