국내 연구진이 산화그래핀 소재를 두루마리 형태로 만드는 방법으로 에너지 저장 밀도, 전력 밀도를 극대화한 에너지저장장치(ESS)를 개발했다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 장재형 광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소장 연구팀이 체적 에너지 밀도가 리터(ℓ)당 49.66Wh인 하이브리드 슈퍼 커패시터(축전기) 전극을 개발했다고 26일 밝혔다.
슈퍼 커패시터는 기존의 축전기보다 10~100배 많은 에너지를 저장하는 장치다. 하이브리드 슈퍼 커패시터는 전극 하나는 축전기, 다른 전극인 배터리로 이뤄진 형태다.
연구팀이 개발한 장치의 체적 에너지 밀도는 기존의 그래핀을 이용한 전극에 비해 2~3배 이상 높다. 전력 밀도는 ℓ당 7614W로 리튬이온전지의 500W에 비해 15배 높다. 1만번 이상 충·방전할 수 있다. ㎚ 크기의 두루마리(나노스크롤) 구조가 고성능 구현의 기반이다.
나노스크롤은 전해질의 이온과 흡착하는 면적이 극대화된 구조로 되어 있다. 산화 그래핀 층을 스크롤 형태로 말면 뭉침과 재적층 현상을 막을 수 있다. 나노스크롤의 말단 부분, 모서리를 통해 구조 안쪽에서도 이온 반응이 일어난다. 산화 그래핀을 겹쳐 쌓은 것보다 반응성이 뛰어나다. 연구팀은 여기에 3㎚의 기공을 균일하게 배열, 이온 확산을 도왔다.
연구팀은 이 기술을 트램, 전기자동차, 모바일 전자 기기 등 다양한 분야의 ESS로 활용할 수 있도록 할 계획이다.
장재형 교수는 “복잡한 공정 없이 충전, 에너지 밀도가 높은 하이브리드 슈퍼 커패시터를 개발했다”면서 “전기차, 휴대전자 기기 등에 쓰이는 ESS의 효율을 높일 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
