메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

한층 용량 커진 슈퍼커패시터 달고 전기차 달린다

통합검색

한층 용량 커진 슈퍼커패시터 달고 전기차 달린다

2019.05.30 19:19
방진호 교수(왼쪽)과 함께 연구에 참여한 이정현 연구원(오른쪽)의 모습이다. 한양대 제공
방진호 교수(왼쪽)과 함께 연구에 참여한 이정현 연구원(오른쪽)의 모습이다. 한양대 제공

전기차의 시동, 급정거, 급가속과 같은 고출력에너지 방출과 저장에 사용되는 '슈퍼커패시터'의 용량을 향상시키는 기술이 개발됐다. 이외에도 안정적이며 공정이 간단하다는 장점이 있어 향후 슈퍼커패시터의 대량 생산과 상용화에 기여할 것으로 기대를 모은다.


방진호 한양대 바이오나노학과 교수 연구팀이 슈퍼커패시터의 용량을 염기성용액 내에서 13배, 산성용액 내에서 5배 늘리는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.


슈퍼커패시터는 직접적인 화학반응을 거치지 않고 전극표면의 물리적 흡착을 통해 전력을 저장하는 에너지 저장장치이다. 기존 리튬이온 이차전지 대비 고출력, 빠른 충·방전, 1만 번 이상의 긴 충·방전 수명 등의 이점이 있어 차세대 전지로 기대 받는다. 하지만 슈퍼커패시터는 이차전지 대비 에너지 밀도가 낮아 이를 극복하려는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행 중이다.


슈퍼커패시터 전극의 재료로 활성화탄소·탄소나노튜브·그래핀 등 전기 전도도가 높은 탄소기반 재료들이 각광받고 있다. 특히 경제적‧공정상의 이점을 이유로 면적을 극대화한 다공성 탄소재료 표면에 여러 산소작용기를 적용해 용량을 늘리려는 시도가 이어지고 있다. 하지만 탄소전극표면의 심각한 구조 악화를 일으켜 전기전도도가 크게 감소하고 오히려 용량 저하로 이어지는 단점이 있다. 기존 산소작용기는 열적 안정성이 매우 낮아 높은 온도에서의 충·방전 시스템에서는 사용이 제한적이다. 


연구팀은 이런 단점을 해결하기 위해 그래핀의 육각구조와 흡사한 ‘고리형 에테르 산소작용기’를 개발했다. 이 산소작용기는 탄소와 산소를 결합한 형태다. 평면의 고리형 에테르 산소작용기를 탄소전극 표면에 도입했다. 


그 결과 고리형 에테르가 도입된 새로운 산화탄소전극은 위의 기존 산화탄소전극 대비 고속 충·방전 시 염기성용액 내에서 13배, 산성용액 내에서 5배 이상 높은 단위면적 용량을 보였다. 연구팀은 "탄소의 평면 그래핀 결정구조를 효과적으로 보존해 전기전도도의 저하를 억제한다"고 설명했다. 또 기존 산소작용기는 300 ℃ 이하에서 열적으로 불안정한 모습을 보인 반면 고리형 에테르 작용기는 모든 산소 작용기중 가장 안정적으로 600 ℃ 이상에서도 산소-탄소 구조의 변형이 거의 없는 것으로 나타났다. 


방 교수는 “에너지 저장 장치용 전극 소재의 핵심인 탄소의 활용을 극대화할 수 있는 새로운 표면 개질 방법에 대한 원천 기술을 확보함에 따라 슈퍼커패시터의 에너지 저장 용량을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 돌파구를 마련했다”고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스’ 3월 22일자에 발표됐다.

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

15 + 3 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

    관련 태그 뉴스