공과대학 화학공학/고분자공학부 박호석 교수는 이머징마켓으로 떠오르고 있는 전기자동차 (EV), 에너지저장시스템 (ESS), 신재생에너지의 핵심기술이라 할 수 있는 에너지저장 분야에 적용될 수 있는 다공성 탄소소재, 그래핀, 2차원 나노소재와 같은 신소재를 개발하였다. 또한, 이를 활용하여서 초고용량 슈퍼커패시터, 플렉서블 전지와 같은 다양한 기능성 에너지소자를 구현하였다. 관련 분야에 지난 5년간 70여편의 SCI 논문을 발표하였고, 최근에는 [2016년 중앙일보 대학평가]에서 40세 미만 연구자 중 공학계열 논문 피인용 3위에 선정되었다.

웨어러블 소자용 유연 투명 전극 개발

최근 소비자의 다양한 요구에 맞춰 자유롭게 형태 변형이 가능하고, 기계적 응력이 가해지는 환경에서도 고성능을 발현할 수 있는 가벼우면서도 휴대가 가능한 에너지저장 시스템이 차세대 웨어러블 전자 산업에서 가장 큰 기술적인 걸림돌이 되고 있다. 

박호석 교수는 전기화학적∙열적∙기계적 내구성이 우수한 그래핀 전극을 이용해서 플렉서블 슈퍼커패시터를 구현하였다 (ACS Nano, 2015, 9 (8), pp 8569–8577). 하지만, 웨어러블 시스템에서 발생하는 다양한 형태의 응력에서도 성능을 유지하기 위해서는 어떠한 방향에 대해서도 전기적 특성을 유지할 수 있는 신축성 전극이 필요하다. 이러한 기술적 장벽을 극복하기 위해서, 저가의 프레넬 렌즈를 이용해서 저가 공정을 통해서 파문형(wavy) 패턴을 가진 그래핀 기반 신축성 투명 전극을 개발하였다.

휘어짐∙접힘∙신장과 같은 다양한 응력 하에서도 방향성에 무관하게 높은 전기전도도와 투명도를 유지할 수 있었고, 이를 시뮬레이션을 통해서 응력에 따른 파문형 전극 구조 변화를 해석하였다. 향후에는 신축성 그래핀 전극을 이용해서 웨어러블 배터리와 같은 가변형 에너지저장소자에 적용할 예정이다.

이번 연구 결과는 나노분야의 세계적 권위의 학술지 ‘ACS Nano’ 에 게재되었고, 창의형융합사업(CAP) 지원하에 수행되었다.

*논문명: Omnidirectionally Stretchable and Transparent Graphene Electrodes
*연구팀: 박호석(교신저자, 성균관대학교 교수), Jing Kong(교신저자, MIT 교수), 홍진용(제1 공동저자, 현재 한국화학연구원), 박경진(공저자, 경희대학교 석사과정), 최덕현(공저자, 경희대학교 교수) ACS Nano, 2016, 10 (10), pp 9446–9455.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04493