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KIST, 값싼 고성능 슈퍼커패시터 개발…10만회 충·방전에도 "새 것처럼"

10만회 충방전에도 끄떡없는데다, 가격 경쟁력까지 갖춘 고성능 슈퍼커패시터가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 탄소융합소재연구센터 구본철, 김서균 박사 연구팀과 서울대학교 박원철 교수 연구팀이 기존 슈퍼커패시터의 한계를 극복한 혁신적인 에너지 저장 장치를 개발했다고 30일 밝혔다. 슈퍼커패시터는 일반 배터리에 비해 빠른 충전 속도와 높은 전력 밀도를 보이는 것이 특징이다. 수만 회의 충·방전 사이클에도 성능 저하가 적다. 그러나 상대적으로 에너지 밀도가 낮아 장시간 사용에는 제약이 있다. 이로인해 전기차나 드론 등 실제 사용에서 활용이 어렵다. 연구진은 이러한 문제 해결을 위해, 전도성이 뛰어난 단일벽 탄소나노튜브와 가공성이 좋고, 재료비가 저렴한 폴리아닐린을 나노 수준에서 균일하게 화학적으로 결합, 정교한 섬유 구조체를 제작하는데 성공했다. 고성능 슈퍼커패시터 개발 연구진. 왼쪽부터 KIST 구본철 책임, 김서균 선임, 김중환 박사후연구원, 박원철 서울대 교수, 이동주 KIST 박사후연구원. 탄소융합소재연구센터 구본철 책임연구원은 "이 구조체로 제작한 슈퍼커패시터는 10만 회 이상의 충·방전 테스트에서도 안정적인 성능을 유지했다"며 "전력이나 에너지 밀도도 기존 대비 10배 이상 우수하다"고 설명했다. 구 책임은 "기존 배터리 시스템을 대체하거나 보완하는 형태로 활용될 수 있다"며 "전기차에 적용할 경우, 급속 충전과 더불어 효율적인 전력 공급이 가능해져 주행 거리와 성능 모두를 향상시킬 수 있다. 드론이나 로봇 등의 분야에서도 운용 시간 증가 및 안정성 강화 등 다양한 효과가 기대된다"고 부연 설명했다. 연구진은 이번에 개발한 복합 섬유(CNT-PANI)는 기계적 유연성이 뛰어나 휘거나 접을 수 있어 웨어러블 기기 등 차세대 전자 소자에도 적용 가능할 것으로 내다봤다. 구 책임은 "저가 재료인 고분자 폴리아닐린을 사용, 생산비 절감 및 대량 생산 가능성도 확보했다"며 "향후 탄소나노튜브 기반 초고성능 탄소섬유 개발 및 산업화에 매진할 계획”라고 밝혔다. 연구는 과학기술정보통신부(KIST 기관고유사업, 지역혁신선도기술개발사업, 학연플랫폼구축시범사업)와 산업통상자원부(소재부품기술개발사업) 지원을 받았다. 연구성과는 국제 학술(Composites Part B: Engineering) 최신호에 게재됐다.

2025.04.30 12:00박희범

삼성전기, 설비투자·고객사 다변화로 'AI·전장' 시장 공략

삼성전기가 올해 전장용 MLCC, AI 서버용 기판 등 고부가 사업에 역량을 집중한다. 설비투자 규모를 확대하는 한편, 신규 고객사 발굴을 적극적으로 진행할 계획이다. 또한 실리콘 커패시터 등 신사업도 올해 본격적인 상용화에 나선다. 삼성전기는 24일 2024년도 4분기 실적발표를 통해 올해 회사의 성장 전략에 대해 이같이 밝혔다. 이날 삼성전기는 "지난해에는 응용처 수요 회복 지연 등을 반영해 당초 계획 대비 설비투자 규모를 감축했다"며 "올해는 전장용 MLCC의 해외 생산라인 증설, 차세대 기판 기술 확보 등 고객사 수요와 연계된 투자 집행으로 규모가 전년 대비 확대될 전망"이라고 설명했다. 삼성전기는 지난해 1조원 초반대 수준의 투자를 집행했을 것으로 분석되고 있다. 이를 고려하면 올해에는 1조원 초중반대의 투자가 이뤄질 전망이다. 삼성전기는 대외적으로 불확실성이 높은 시장 상황 속에서도 올해 매출 성장 기회가 충분할 것으로 내다보고 있다. 먼저 1분기의 경우, IT 수요의 계절적 약세에도 불구하고 주요 고객사의 플래그십 스마트폰 신모델 출시 효과, AI 서버향 수요 지속으로 전분기 및 전년동기 대비 영업이익이 두 자릿 수 이상 성장할 것으로 전망된다. 삼성전기는 "AI 서버의 고성장세 및 PC·스마트폰 등의 AI 기능 확대 적용 추세가 작년에 이어 올해에도 지속될 것"이라며 "자율주행 및 ADAS(첨단운전자보조시스템) 채용 확대로 인해 자동차 산업의 전장화도 지속될 것"이라고 밝혔다. 실제로 삼성전기는 지난해 복수의 글로벌 CSP(클라우드서비스제공자) 기업들과 서버용 FC-BGA(플립칩-볼그리드어레이) 공급을 논의하는 등, AI 서버용 기판 사업을 적극 확장하고 있다. 또한 삼성전기는 실리콘 커패시터 등 신사업도 올해 본격적인 상용화를 추진할 계획이다. 실리콘 커패시터는 기존 MLCC 대비 고온·고주파 등의 환경에서 신뢰성이 높고, 전력 효율성이 뛰어나다. 덕분에 AI 등 고성능 컴퓨팅 분야에서 수요가 증가하는 추세다. 삼성전기는 "스마트폰 AP(애플리케이션 프로세서) 및 AI 서버 관련 전략 거래선과 글로벌 팹리스 고객을 대상으로 실리콘 커패시터를 판촉하고 있다"며 "올해 안정적인 공급과 고객사 대응을 통해 중장기 매출 기반을 공고히 해 나갈 예정"이라고 강조했다.

2025.01.24 16:23장경윤

삼성전기 "내년 소형 전고체전지 양산…갤럭시링부터"

[라스베이거스(미국)=류은주 기자] "소형 전고체 배터리는 내년 하반기 양산하고자 하는게 저희 바람입니다." 장덕현 삼성전기 사장은 8일(현지시간) 미국 라스베이거스 앙코르 호텔에서 기자간담회를 열고 이 같은 계획을 공유했다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리보다 안정성이 높아 차세대 배터리로 주목받는다. 삼성전기는 스마트폰, 스마트링, 무선이어폰, 스마트워치 등 IT 기기에 탑재할 수 있는 산화물계 소형 전고체 배터리를 개발 중이다. 고체로된 배터리다 보니 기기 모양에 맞게 배터리를 만들 수 있어 안경테, 스마트링 등 굴곡진 기기에도 탑재가 용이하다. 이미 시제품 검증에 들어간 곳도 있다. 다만, 양산 시점을 확언할 수는 없다고 장 사장은 전했다. 삼성전기 예상 로드맵에 따르면 올해 갤럭시링 내년 갤럭시버즈 등에 탑재될 가능성이 높다. 장 사장은 "(전고체 배터리는)아직 세상에 없는 기술이라 양산을 해보기 전에는 모른다"며 "내부적으로 테스트를 엄청나게 하고 있는데, 어느 정도 자신감이 생겼을 때 양산 투자에 나설 예정이며 현재 시제품을 갖고 몇몇 고객과 얘기를 진행하고 있다"고 밝혔다. 또 "고객들은 기술만 된다면 쓰고 싶어 하기에 시장은 분명히 있다"며 "문제는 양산검증으로 개발 검증은 전체의 반이며, 대량 생산 시 불량 등을 체크해 사업성을 살펴봐야 한다"고 설명했다. 삼성전기는 반도체 산업의 '게임 체인저'로 불리는 유리기판도 미래 먹거리로 준비 중이다. 유리 기판의 경우 세종사업장에 파일럿 라인을 구축한 데 이어 올해 고객사 샘플 프로모션을 통해 2027년 이후 양산에 들어갈 계획이다. 장 사장은 "적극적인 고객도 있고 아직 지켜보자는 단계인 고객도 있으며, 몇몇 고객들과 협의중"이라고 밝혔다. 다만, 유리기판의 기술적 한계들을 해결하기 위한 노력도 병행 중이다. 장 사장은 "유리 기판에 층수를 올릴 때 잘 안붙는다는 의견이 있어 이러한 단점을 개선하기 위한 연구를 하고 있으며, 유리에다 구멍을 뚫어야 하므로 레이저 업체와도 역시 R&D를 진행 중"이라고 설명했다. 실리콘 커패시터는 조금 더 가시화된 먹거리다. 삼성전기는 지난해 고객에 실리콘 커패시터 샘플 공급을 시작했고, 올해 고성능 반도체 패키지용과 AI 서버용을 양산할 계획이다. 장 사장은 "올해 한 2개 고객을 잡았다"며 "양산 후 1~2년 내로 의미 있는 매출(약 1천억원 이상)을 해보고 싶다"고 말했다. 이어 "전장 카메라 역시 새로운 성장 동력으로, 렌즈가 굉장히 비싼 디바이스인데, 비싼 글라스 일부를 플라스틱으로 바꿔 하이브리드 렌즈로 차별화를 주고자 한다. 삼성전기는 이 밖에도 고체 산화물 수전해 셀·스택 등을 미래 먹거리고 제시했다. 장 사장은 "오늘 소개한 미래 사업 반만 성공해도 사실 평탄한 거라고 생각한다"며 "IT 시장이 폭발적으로 성장하진 않지만, 일부는 성장을 이어가고 있으며 작년 보다는 올해 분위기가 조금 더 좋을 것이라 생각한다"고 말했다.

2025.01.09 16:02류은주

'3분기 호실적' 삼성전기, AI·전장으로 4분기 난관 돌파

삼성전기가 AI·전장 등 고부가 사업 확대로 올 3분기 매출 및 영업이익 모두 성장세를 이뤄냈다. 그러나 당초 증권가 컨센서스 대비 수익성이 부진했으며, 올 4분기 MLCC 출하량 감소가 예상되는 등 대외적인 불확실성도 여전한 상황이다. 이에 삼성전기는 고부가 제품의 공급을 지속 늘려나갈 계획이다. 나아가 실리콘 커패시터, 전장용 하이브리드 렌즈 등 중장기적인 성장 동력도 확보하고 있다. 특히 실리콘 커패시터의 경우 올 연말부터 반도체 고객사에 양산 공급을 시작하는 등 뚜렷한 성과를 거둘 것으로 예상된다. ■ 고부가 MLCC·FCBGA로 AI·전장 시장 겨냥 삼성전기는 지난 3분기 연결기준으로 매출 2조 6천153억원, 영업이익 2천249억원을 기록했다고 밝혔다. 전년동기 대비 매출은 2천586억원(11%), 영업이익은 368억원(20%) 증가했다. 전분기 대비로는 매출이 427억원(2%), 영업이익이 134억원(6%) 늘었다. 다만 올 3분기 영업이익은 기존 증권가 컨센서스인 2천526억원을 밑돌았다. 삼성전기는 "AI·전장·서버 등 시장 성장으로 AI용 MLCC 및 전장용 카메라 모듈과 서버용 반도체 패키지기판 등 고부가 제품 공급이 늘어 전년 동기, 전분기 대비 실적이 개선됐다"고 설명했다. 다만 4분기는 연말 계절성에 따른 부품 수요 감소 등으로 MLCC 전체 출하량이 소폭 감소할 것으로 관측된다. 이에 삼성전기는 기존 IT 위주에서 전장·산업용 등 고부가 제품 중심으로 거래선을 다변화하고 제품 경쟁력을 강화할 계획이다. 특히 AI 서버용 MLCC의 경우, 올해 관련 매출이 전년 대비 2배 이상 증가할 것으로 예상된다. AI 서버용 FCBGA 또한 CPU용을 중심으로 올해 매출이 전년 대비 약 2배 성장할 전망이다. AI 가속기용 제품도 양산이 시작될 예정이다. 삼성전기는 "4분기에는 외부 환경 불확실성으로 전분기 대비 약세 가능성이 있으나, 고부가 MLCC와 FCBGA 등의 성장 추세는 이어질 것으로 전망된다"며 "내년도에는 AI 서버의 고성장세 지속, PC 및 스마트폰에서의 온디바이스 AI 확산, 전장용 MLCC 사업 확대 등으로 전년 대비 성장할 것"이라고 밝혔다. ■ 실리콘 커패시터 등 미래 성장동력 확보 향후 삼성전기는 실리콘 커패시터, 전장용 하이브리드 렌즈, 모바일용 소형 전고체 전지 등 다양한 신사업에 진출할 계획이다. 실리콘 커패시터는 기존 MLCC 대비 고온·고주파 등의 환경에서 신뢰성이 높다. 발열 및 전력효율성을 높이는 데에도 유리하다. 덕분에 HPC(고성능컴퓨팅)과 모바일 분야에서 점차 활용처가 늘어나는 추세다. 삼성전기는 "AI 등 고성능 반도체 패키지기판을 중심으로 올 4분기부터 글로벌 반도체 업체향으로 양산을 시작할 예정"이라며 "내년에는 국내외 고객사로 공급망을 다변화할 계획"이라고 설명했다. 전장 카메라용 하이브리드 렌즈는 내년 양산 및 사업화를 준비하고 있다. 하이브리드 렌즈는 기존 카메라 소재인 유리와 플라스틱의 장점을 결합한 차세대 제품이다. 모바일용 소형 전고체 전지는 오는 2026년 양산을 목표로 하고 있다. 기존 리튬이온과 달리 산화물계 고체 전해질을 사용해, 안정성을 높이고 각형·원형 등 다양한 형태로 구현 가능한 것이 장점이다. 현재 삼성전기는 시제품을 제작해 웨어러블 기기 관련 고객사와 퀄(품질) 테스트를 진행 중인 것으로 알려졌다. 삼성전기는 "3개 제품 외에도 글라스(유리)기판 등도 기술 확보 및 제품 개발을 차질없이 진행 중"이라며 "향후에도 신사업 관련 진척 사항을 지속 공유할 것"이라고 밝혔다.

2024.10.29 15:36장경윤

주성엔지니어링, 'DTC 실리콘 캐퍼시터'용 ALD 장비 공급 개시

주성엔지니어링은 세계 최초 기술력을 바탕으로 개발한 DTC(Deep Trench Capacitor) 실리콘 캐패시터 ALD 장비를 엘스페스(구 앨로힘)에 출하했다고 17일 밝혔다. 엘스페스는 글로벌 실리콘 캐패시터를 선도하는 팹리스 기업이다. 현재 반도체 업계는 고성능 반도체를 구현하기 위해 공정 미세화를 통해 한정된 면적 안에 수백 억 개의 트랜지스터를 집적하고 있다. 그러나 AI 반도체 수요가 증가함과 동시에 반도체 집적도가 높아지면서 발열, 누설 전류, 노이즈 등 새로운 문제들이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 차세대 반도체 부품으로 실리콘 캐패시터가 부상하고 있다. 실리콘 캐패시터는 기존 MLCC와 달리 High-k 화합물로 만들어진 캐패시터다. AI(인공지능) 시장의 성장에 따라 다량의 데이터 연산과 처리가 가능한 고성능 저전력 AI 반도체의 중요성이 확대되는 변화 속에서 DTC 실리콘 캐패시터는 기존 MLCC 대비 고온∙고주파 환경에서도 안정적으로 노이즈 없이 전압과 전류를 공급할 수 있다. 또한 대역폭이 커질수록 MLCC는 더 많은 개수를 필요로 하지만, 실리콘 캐패시터의 경우 단 1개로 대체할 수 있어 초소형 폼팩터 제품에 적용 가능한 것이 특징이다. 해당 실리콘 캐패시터의 성능 향상을 위해서는 고유전율 레이어를 고종횡비 구조물에 얇게 겹겹이 증착하는 것이 중요하다. 이에 따라 주성은 세계 최초의 ALD 기술을 신규 어플리케이션인 DTC 실리콘 캐패시터에 접목했으며, 이를 기점으로 지속적인 혁신 기술 개발을 통해 차세대 DTC 초기 시장을 선점 글로벌 고객사를 확보해 나아갈 방침이다. 주성 관계자는 “금번 DTC 실리콘 캐패시터 ALD 장비를 출하하게 된 것은 그동안 축적된 주성의 혁신과 고객의 신뢰로 이루어진 결과”라며 “앞으로도 차세대 반도체 초기 시장을 선점해 지속성장의 기반을 다질 것”이라고 말했다.

2024.10.17 17:26장경윤

한전, 주파수 보조서비스 시장 해외 진출 나선다

한국전력공사(대표 김동철)는 3일(현지시간) 아일랜드공화국 기업진흥청에서 아일랜드 ESS 사업자인 럼클룬에너지와 '슈퍼커패시터 ESS 신규 사업화 모델 개발을 위한 국제 개발 협력' 양해각서를 체결했다고 밝혔다. 업무협약은 전력 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상하는 한전의 슈퍼커패시터 ESS 기술을 아일랜드 주파수 보조서비스 시장에 적용하고자 추진됐다. 럼클룬에너지는 아일랜드 최대 규모 ESS 프로젝트에 참여하고 있는 발전·신재생에너지 사업 전문 개발사로, 2021년부터 아일랜드 중부지역(오팔리카운티)에 200MW 주파수 제어 배터리 상업 운전에 참여하고 있다. 2025년에는 추가로 200MW 계통 안정화 ESS 프로젝트에 참여해 상업운전할 계획이다. 한전 관계자는 “아일랜드 전력계통은 높은 풍력발전 비중으로 주파수 변동이 잦고 폭이 커 빠른 응답속도와 장수명을 가진 슈퍼커패시터 기술을 적용하기에 적정한 시장”이라고 설명했다. 한전은 신속하게 대응할 수 있고 성능 저하 없이 높은 사이클을 갖춘 에너지 저장 솔루션 필요성을 파악하고, 2016년부터 슈퍼커패시터 개발에 착수, 현재 세계 최대 규모인 1MW 주파수 조정 슈퍼커패시터 시스템을 실 계통에 연계해 운영하고 있다. 한전은 이번 국제개발협력을 통해 초속응성 슈퍼커패시터를 아일랜드 현지 계통에 실증해 글로벌 사업화를 위한 비즈니스 모델을 개발한다는 계획이다. 앞으로 아일랜드 주파수 조정 보조시장 참여를 위한 공동개발협약(JDA)도 추진할 예정이다. 심은보 한전 전력연구원장은 “한전이 보유한 주파수 조정용 슈퍼커패시터 ESS 기술이 국내에서 성공적으로 개발됐고, 이를 바탕으로 해외에서 성공적으로 실증된다면 이른 시일 안에 글로벌 사업화도 가능할 것으로 보인다”며 “앞으로 한전 보유 기술의 국제 사업화 추진을 위해 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

2024.09.04 11:25주문정

삼성전자 "1b·4F스퀘어 D램 사업 순항…메모리 초격차 유지할 것"

"삼성전자가 발표한 차세대 D램 로드맵은 모두 차질없이 개발되고 있습니다. 1b D램은 잘 양산되고 있고, 4F스퀘어도 개발이 순조롭습니다. 메모리 분야에서 초격차를 유지할 것입니다." 유창식 삼성전자 부사장(D램 선행개발팀장)은 16일 부산 윈덤그랜드호텔에서 열린 '2024년도 반도체공학회 하계학술대회'에서 기자들과 만나 이같이 밝혔다. 이날 '더 나은 삶을 위한 D램'을 주제로 발표를 진행한 유 부사장은 "첨단 D램에게 요구되는 능력은 크게 고용량, 고대역폭, 저전력 특성 세 가지로 나눌 수 있다"며 "특히 마이크로소프트, 구글 등이 최근 D램 제조업체에 매우 낮은 수준의 전력소모를 요구할 만큼 전력효율성이 중요하다"고 설명했다. D램의 전력효율성을 높이기 위해서는 D램 내부의 셀을 더 촘촘히 만들어야 한다. 셀은 데이터를 저장하기 위한 최소 단위로, 각각 하나의 트랜지스터와 커패시터로 구성된다. 다만 최근 들어 셀을 작게 만드는 시도가 기술적 한계에 다다르고 있다. D램에 적용되는 공정이 10나노미터(nm)까지 다다르면서, 구성 요소 간 거리가 너무 가까워 간섭 문제 등이 발생하고 있기 때문이다. 이를 해결하기 위한 유력한 대안은 4F스퀘어다. 4F스퀘어 D램은 메모리 셀(데이터를 저장하는 최소 단위)의 구조를 기존 수평이 아닌 수직으로 배치하는 차세대 D램이다. 스퀘어란, 셀 내 트랜지스터에 전압을 인가하는 구성 요소가 얼마나 큰 면적을 갖고 있는지 나타내는 척도다. 현재 상용화된 D램은 6F스퀘어 구조다. 셀 면적이 줄어들수록 D램의 집적도 및 성능이 높아지기 때문에, 주요 메모리 업체들은 4F스퀘어로 나아가기 위한 기술개발에 전념해 왔다. 삼상전자의 경우 내년 4F스퀘어 D램의 초기 샘플을 개발할 것으로 기대를 모으고 있다. 이외에도 삼성전자는 1b(5세대 10나노급 D램) D램의 양산 본격화, 업계 최고 동작속도의 LPDDR5X 검증 등 첨단 D램 솔루션 개발에 주력하고 있다. 특히 삼성전자는 올 1분기 1b D램에 대한 내부 품질 테스트를 마무리하고, 현재 본격적인 양산을 준비하고 있는 것으로 알려졌다. 이를 위해 올 연말까지 1b D램의 생산능력을 월 10만장 수준까지 확충할 계획이다. 유 부사장은 "1b D램은 차질없이 양산하고 있고, 4F스퀘어 D램도 문제없이 개발이 순항 중"이라며 "지금까지 삼성전자가 발표한 메모리 로드맵에서 일정이 밀린 부분은 전혀 없다. 초격차를 계속 유지할 것"이라고 밝혔다.

2024.07.16 15:41장경윤

삼성전자, 차세대 '3D D램' 개발 열공…셀 16단 적층 시도

삼성전자가 차세대 D램으로 주목받는 VCT(수직 채널 트랜지스터) D램과 3D D램 개발에 열을 올리고 있다. VCT D램은 내년 초기 제품 개발을 완료할 예정이며, 3D D램은 셀을 16단까지 적층하는 방안을 추진 중인 것으로 알려졌다. 이시우 삼성전자 부사장은 지난 14일 서울 광진구 그랜드 워커힐 호텔에서 열린 '국제 메모리 워크숍(IMW) 2024' 행사에서 회사의 차세대 D램 기술력에 대해 발표했다. 이날 '메모리 산업을 위한 첨단 채널 물질' 토론에 참석한 이 부사장은 "하이퍼스케일러 AI와 온디멘드 AI 등 산업 발전은 많은 메모리 처리능력을 요구한다"며 "반면 기존 D램의 미세 공정 기술이 한계에 다다르면서, 셀(데이터가 저장되는 단위) 구조에 새로운 혁신이 일어날 것으로 예상된다"고 밝혔다. 새로운 셀 구조의 D램은 크게 '4F스퀘어(4F²) VCT D램'과 '3D D램'으로 구분할 수 있다. D램의 셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터로 구성된다. 트랜지스터는 전기 스위칭과 전압 증폭을 위한 소자다. 전류가 흐르는 방향에 따라 소스·게이트·드레인 순으로 구성된다. 드레인 위에 위치한 커패시터는 전하를 일시적으로 저장하는 소자를 뜻한다. 이 셀을 동작시키기 위해서는 게이트 단자로 전압이 인가되는 워드라인(WL)과, 드레인 단자로 인가되는 비트라인(BL)이 바둑판 형식으로 배열된다. 초창기 D램의 셀 구조는 비트라인 4칸, 워드라인 2칸으로 구성된 8F스퀘어였다. 그러다 80나노급 D램부터는 6F스퀘어(비트라인 3칸, 워드라인 2칸)가 적용됐다. 셀 면적이 줄어들수록 D램의 집적도 및 성능을 끌어올릴 수 있다. 4F스퀘어로 나아가기 위해서는 셀 구조가 크게 변화해야 한다. 기존 D램은 트랜지스터를 수평으로 배치했으나, 4F스퀘어 구현을 위해서는 이를 수직으로 배치하는 VCT구조가 필요하다. 이 부사장은 "많은 기업들이 4F스퀘어 VCT D램으로의 전환을 위해 노력하고 있다"며 "다만 이를 위해서는 산화물 채널 물질, 강유전체 등 새로운 소재 개발이 선행돼야 한다"고 설명했다. 이와 관련해, 삼성전자는 내년 4F스퀘어 VCT D램에 대한 초기 샘플을 개발할 예정인 것으로 알려졌다. 나아가 삼성전자는 2030년 상용화를 목표로 3D D램도 개발 중이다. 3D D램은 비트라인, 혹은 워드라인을 수직으로 세워 셀을 수직으로 적층하는 기술이다. 해당 D램에도 새로운 소재는 물론, 웨이퍼와 웨이퍼를 직접 붙이는 웨이퍼본딩(W2W) 기술이 도입돼야 한다. 현재 3D D램을 개발하는 주요 메모리 기업들은 셀을 16단까지 적층해 상용화 가능성을 검토 중인 것으로 전해진다. 미국 마이크론의 경우 8단 적층을 시도 중인 것으로 관측된다.

2024.05.20 15:26장경윤

수계 슈퍼커패시터 고속 충방전 위한 전해질 최적농도 찾았다

광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 전해질에서 염의 농도를 변화시켜 슈퍼커패시터(Supercapacitor)의 주요 성능을 향상시키는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 슈퍼커패시터는 화학반응을 이용한 리튬계 배터리와 달리 전극과 전해질 계면에서 이온들의 물리적 흡·탈착을 통해 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치다. 일반 커패시터에 비해 축전 용량이 크고 에너지 밀도가 높다. 급속으로 충방전해도 열이 적게 발생하고 반영구적 사이클 수명을 갖는다. 급속한 전력 공급이 필요한 분야에 적합해 태양광‧풍력 등 신재생 에너지 분야에서 수요가 늘고 있다. 기존 슈퍼커패시터에 쓰이는 가연성 유기 용매 기반 전해질은 폭발 위험과 환경 문제 등의 우려가 있다. 이에 따라 안전하고 친환경적인 물 기반 수계전해질을 이용한 에너지저장장치 개발을 위한 연구가 활발하다. 하지만 물은 1.24V에서 전기 분해되어 작동전압을 넓히기 어렵고, 0℃에서 얼기 때문에 겨울철 에너지 저장 성능을 내는데 한계가 있다. 작동전압이 넓고 이온전도도가 적절하며, 전극과 전해질 사이 고체막(SEI)이 안정적인 초고농도 수계전해질(WISE, water-in-salt electrolyte)을 사용해 기존 수계전해질의 문제를 극복하려는 연구가 진행되어 왔으나, 고농도 전해질에 대한 고려 없이 성능 개선에만 초점을 맞췄을 뿐 체계적 분석은 이뤄지지 않았다. GIST 신소재공학부 유승준 교수와 윤명한 교수, 홍익대 신소재공학과 이동욱 교수 공동연구팀은 가격이 저렴한 포타슘 아세테이트(KOAc) 기반 초고농도 수계전해질 내 이온-이온간, 이온-물분자간 물리화학적 상호작용 및 전해질의 농도별 구조 특성을 분석했다. 이를 통해 다공성 전극 표면에서의 흡·탈착 거동을 밝혀냄으로써 이온전도도와 에너지 저장 특성이 최적화된 농도가 5m(몰랄 농도)임을 확인했다. 몰랄 농도는 용매 1㎏ 당 용질의 몰수를 말한다. 또 이 결과를 토대로 초고농도 수계전해질의 상평형도를 제시하고, 영하 20℃에서도 얼지 않고 안정적으로 구동되는 수계 슈퍼커패시터를 개발했다. 초고농도 수계전해질의 농도를 최적화해 수계슈퍼커패시터를 만드는 새로운 기준을 제시하고, 향후 배터리, 수소연료전지, 센서 등 고성능 수계 전자소자 개발에 기여하리란 기대다. 유승준 교수는 "염의 농도 변화만으로 에너지저장 특성의 최적화를 이룰 수 있음을 확인했다"라며 "기존 염 혹은 향후 개발될 전해질 최적화에 가이드라인을 제공할 수 있을 것"이라고 전망했다. 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단, 개인기초연구 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 '에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)'에 게재됐다.

2024.01.04 14:05한세희

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