▲ 나노 집전체 기술을 개발한 하윤철 박사와 위 아래 비대칭 나노템플레이트 사진.

국내 연구진이 나노기술을 응용해 초소형 전지의 개발과 전지기술의 혁신에 접목될 수 있는 3차원 나노집전체용 형틀기술을 개발하는데 성공했다.

한국전기연구원(원장 김호용) 하윤철 박사팀은 물에 담근 알루미늄판에 전기를 가하는 값싼 습식 공정으로 3차원 나노집전체(集電體)를 세계 최초로 개발했다고 26일 밝혔다.

나노미터급의 미세 기둥을 제조할 수 있는 알루미늄 양극산화막의 제조 공정을 개발한 것으로 세계 최초로 규명된 기술이다.

연구팀은 지난 2011년 개발해 기술이전한 ‘고전계 양극산화 장치’와 용액에 알루미늄 표면처리를 위한 첨가제를 섞는 방식으로 한계전압이었던 150V 이상에서도 전압의 크기에 따라 구멍이 규칙적으로 배열된 형틀을 제조했다.

저전압에서 나노구멍을 형성하고 고전압에서 구멍의 간격을 제어하는 방식으로 나노기둥이 듬성듬성 자라게 할 수 있는 형틀을 시연해냈다.

이는 나노구조의 간격을 기존 300㎚급에서 수 ㎛급으로 확장할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 그 의미가 크다.

이번 개발로 연구팀은 차세대 초소형·고에너지밀도의 전지 개발을 위한 교두보를 확보할 수 있게 됐다. 특히 이 기술이 전량 수입에 의존하는 상용 알루미나 멤브레인(AnodiscTM)의 사양인 47㎜, 두께 60㎛급 산화막을 고속으로 제조하는 데 활용될 수 있어 상업적으로 실용성이 큰 기술이다.

최근 발표된 미래창조과학부의 13대 성장동력 산업 대부분은 전지기술의 혁신과 연계돼 있다.
초소형 전지의 경우, 여러 가지 전지재료를 머리카락 굵기의 100분의 1두께로 층층히 쌓아올린 박막전지의 형태가 오랫동안 연구돼 왔지만 단위면적당 에너지밀도가 매우 낮아 실용화에 이르지 못하고 있었다.

하윤철 박사는 “비대칭 양극산화 나노형틀 기술로 알려진 이러한 3차원 나노집전체용 형틀기술은 향후 이차전지뿐만 아니라 에너지 변환소자 등 3차원 나노집전체가 요구되는 다양한 응용분야에서 기술혁신을 위한 기반기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

관련 논문은 나노패터닝 분야 세계적인 과학저널인 나노테크놀러지(Nanotechnology)에 게재 됐다.