계면 전기장 기반 슈퍼커패시터 소재 개발…"ESS 성능 획기적 향상"

(대전=뉴스1) 박찬수 기자 = 충남대학교 화학과 이재범 교수 연구팀이 차세대 에너지저장장치의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 계면 전기장 기반의 고성능 슈퍼커패시터 소재를 개발했다.

7일 충남대에 따르면 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 국제학술지 'Advanced Functional Materials'(IF: 19.00)에 3월 30일 게재되며 학술적 우수성을 인정받았다. 이번 연구는 체루 박사과정생이 제1저자로, 이재범 교수가 교신저자로 참여했다.

슈퍼커패시터는 빠른 충·방전과 긴 수명을 갖춘 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있으나, 에너지 밀도와 출력 특성을 동시에 향상시키는 데에는 한계가 있었다. 특히 전극 소재의 계면에서 전하 이동과 이온 확산이 비효율적으로 이뤄지는 점이 성능 저하의 주요 원인으로 지적돼 왔다.

이재범 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 MXene과 공유결합 유기골격체(COF)를 결합한 이종구조를 설계하고, 표면 종결기(surface termination)를 정밀하게 제어해 계면에서 자연스럽게 형성되는 '내부 전기장(built-in interfacial electric field)'을 구현하는 전략을 제안했다.

특히, 기존 MXene의 플루오린(-F) 종결기를 수산기(-OH)로 전환해 계면 전자구조를 효과적으로 조절하고 COF와의 상호작용을 강화함으로써, 계면에서 전하 재분포를 유도하고 전자 이동과 이온 확산이 동시에 촉진되는 메커니즘을 규명했다.

이재범 교수는 "이번 연구는 계면에서 형성되는 전기장을 활용해 전하 이동을 제어할 수 있음을 보여준 사례로, 기존 소재 설계 접근을 확장하는 중요한 결과"라며 "향후 에너지 저장은 물론 다양한 전자·촉매 시스템으로의 응용 가능성이 기대된다"고 밝혔다.

pcs4200@news1.kr