기계공학부/지능형에너지산업융합학과 인정빈 교수 연구팀, 마이크로 3D 집전체 제작을 위한 금속 3D 프린팅 기술 개발

우리 대학 기계공학부/지능형에너지산업융학학과 인정빈 교수 연구팀이 레이저 금속 3D 프린팅을 이용한 ‘3D 구조 마이크로 슈퍼커패시터’ 제조 기술을 자체 개발하는 데 성공했다.

최근 5G 통신, 사물인터넷(IoT, Internet of Things), 웨어러블 기기 등의 시장이 성장함에 따라 고출력을 갖는 초소형 에너지저장 소자에 대한 관심이 대두되고 있다. 특히 마이크로슈퍼커패시터(Microsupercapacitor)는 이러한 시장 수요에 부응하는 차세대 초소형 에너지 저장소자로 주목받고 있다. 하지만 마이크로슈퍼커패시터는 제한된 전극면적으로 인해 에너지 저장 용량에 한계가 있었다. 이를 해결할 수단 중 하나로서 3D 전극 구조를 갖는 입체형 마이크로 슈퍼커패시터가 주목을 받았으나 기존 제조 방법으로는 낮은 생산성, 안전성, 내구성 등의 문제를 해결할 수 없었다.

 DED 방법으로프린팅된3D 마이크로금속집전체

인정빈 교수 연구팀은 4차 산업 10대 미래 유망 기술로 주목받고 있는 금속 3D 프린팅 기술을 이용하여 이러한 문제를 해결했다. 금속 프린팅 방법 중 하나인 직접 에너지 적층(DED, Direct Energy Deposition) 기술은 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하는 동시에 금속 분말 소재 공급하여 적층을 하는 방식으로 우수한 기계적 강도와 전기 전도성을 특징으로 한다. 연구결과에 따르면 연구팀은 DED 방법을 통해 지름 110 마이크로미터, 높이 1.5 밀리미터 크기의 마이크로핀으로 구성된 어레이 구조의 3D 금속 집전체를 프린팅하였다.

인 교수는 “이번 연구는 초소형 3D전극 제작을 위한 DED 기반 금속 마이크로 프린팅 기술의 가능성을 보여줬으며, 해당 기술은 에너지저장 소자뿐만 아니라 향후 다양한 마이크로 소자 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다”라고 전했다.

인 교수 연구팀의 연구성과는 피인용도(IF, Impact Factor) 20.4를 기록한 국제 저명 학술지 ‘Energy Storage Materials’에 2024년 3월 게재

됐다. 해당 논문의 주저자는 우리 대학의 Tran Van Chau (기계공학과 박사과정), Do Minh Huan (지능형에너지산업융학학과 석사과정)이며

인정빈 교수는 교신저자를 맡았다. 상세한 연구 내용은 ‘Laser-directed energy deposition to achieve high-aspect-ratio micropillar arrays for 3D interdigitated microsupercapacitors’ 논문을 통해 확인이 가능하다