부피 1000배 줄인 고주파수 에너지저장 슈퍼커패시터 개발

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 부피를 1000배 줄인 고주파수 에너지저장 유연 슈퍼커패시터를 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 성균관대학교 박호석 교수와 미국 드렉셀대학교 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수 연구팀이 고주파수 영역에서도 부피 당 높은 에너지 용량을 갖는 유연 슈퍼커패시터 전극 및 전해질 소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

전해 콘덴서는 교류 전압이나 전압 노이즈, 잔물결 등을 여과해서 일정한 전압을 공급해주는 전원 장치이다.

전하 수송 속도가 빠르기 때문에 배터리와 달리 킬로헤르츠(KHz) 영역의 고주파수 교류 전압에서도 에너지를 저장할 수 있다.

그러나 정전 용량이 낮아 큰 부피와 무게를 요구한다.

이에 연구팀은 고주파수 영역에서도 높은 부피당 용량을 발현함으로써 기존 전해콘덴서의 부피를 1000배 이상 줄일 수 있는 기술을 확보했다.

연구팀은 ‘멕센’ 기반 전극소재와 고분자 네트워킹 젤 전해질을 제조했다.

멕센은 노벨상 유력후보인 유리 고고치 교수가 학술지 ‘사이언스(Science)‘에 2013년 보고한 2차원 물질이다.

연구팀은 멕센의 우수한 전자 전도도와 빠른 이온 수송 특성을 이용해 60~1만 헤르츠(Hz)에서 에너지 저장 기능을 보이는 슈퍼커패시터 소재를 개발했다.

이는 멕센과 고분자 젤의 뛰어난 기계적 물성으로 인해 다양한 형태 변형 및 대면적화가 가능하며, 휘어진 상태에서도 3만 회 이상 충‧방전할 수 있는 획기적인 성과이다.

박호석 교수는 “에너지 저장장치가 안고 있는 용량과 주파수 간의 물성 딜레마를 극복하기 위해서 전극과 전해질 구조를 제어한 원천소재기술이다”며, “향후 웨어러블 전자기기, 사물인터넷(IoT), 자가발전 스마트 센서 등의 전자회로의 부피를 획기적으로 줄이면서 다양한 형태 변형이 가능한 출력장치 개발에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 방사선기술개발사업, 해외우수신진연구자유치(KRF)사업의 지원으로 수행됐다.

이번 연구 성과는 ‘셀(Cell press)’에서 발간하는 국제학술지 ‘줄(Joule)’ 지난 8일자에 게재됐다.

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