전북대는 이중희·김남훈 대학원 BIN융합공학과 교수팀이 미래형 스마트 자동차 등에 사용될 수 있는 초고효율의 고체 슈퍼캐퍼시터 제조 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
슈퍼캐퍼시터는 전기자동차나 모바일 단말기 등 다양한 전자장비에 널리 사용되는 에너지 저장 장치다. 짧은 시간 내에 높은 출력을 주기 위해 주로 사용된다. 하지만 장치 내에 저장할 수 있는 에너지양이 적고, 작동 전압이 낮다는 단점을 갖고 있다.
이·김 교수팀은 3차원 니켈 폼 위에 계층적 다공구조를 가지는 금속 수산화 나노와이어의 합성과 연속적인 유황화 과정을 통해 아연(Zn)-코발트(Co)-황(S)을 합성하고 이를 전극 소재로 활용했다. 이렇게 제조된 슈퍼캐퍼시터는 고출력을 내면서도 기존의 난제들을 해소할 수 있다. 기존 소재에 비해 제조 방법이 비교적 간단하고 용이하다. 특히 고체 상태이기 때문에 운반이 쉽고, 유연해 다양한 형태로 만들 수 있어 다양한 전자 제품에 적용이 가능하다.
또 1만 회 이상을 사용해도 출력 성능이 93% 이상 유지돼 사용 연한이 매우 길며, 높은 전력밀도까지도 고출력을 낼 수 있다는 장점을 갖고 있다.
이·김 교수팀은 기존 슈퍼캐퍼시터가 갖는 여러 단점을 획기적으로 보완해 향후 리튬이온 2차 전지, 연료전지, 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 저장 및 변환 장치의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이중희 교수는 “이번 연구 결과로 미래 스마트자동차에서 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 에너지 저장 장치를 보다 성능이 뛰어나면서도 저렴하게 제조할 수 있는 기반기술을 마련했다”며 “고효율 차세대 에너지 저장 장치 상용화를 위한 첫 발을 내딛었다는 의미를 갖는다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 중견연구자지원사업과 BK-21 플러스 사업 지원을 받아 수행됐다. 에너지 분야 세계 최고 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 최신 온라인판에 게재됐다.
전주=김한식기자 hskim@etnews.com
