[한국기술뉴스] 미래형 전기자동차 모바일 단말기, 웨어러블 전자 기술이 날로 발전함에 따라 에너지 저장 장치에 대한 과학계의 관심이 날로 증가하고 있다.

그 중심에 아주 짧은 시간 내에 큰 출력을 위해 주로 사용되는 에너지 저장장치인 ‘슈퍼캐퍼시터’가 자리한다. 그러나 고효율임에도 저장할 수 있는 에너지 양이 적고 수명도 짧으며, 작동 전압도 낮아 널리 사용에 어려움이 있었다.

이러한 슈퍼캐퍼시터의 단점을 극복할 수 있는 연구 성과를 전북대 융합기술공학부 김한주 교수 연구팀(밀란포델 연구원)이 최근 발표해 이목을 끌고 있다.
 

김 교수팀은 다양한 전이 금속 물질인 산화물(TMO)의 혼합을 통해 에너지 저장용으로 사용할 수 있는 고성능의 슈퍼캐퍼시터를 개발해 환경, 에너지 분야의 저명 국제 학술지인 『Chemical Engineering Journal(IF: 13.273)』 최신호(9월)에 연구 결과를 게재했다. 또한  『Journal of Energy Chemistry(IF:9.676)』에도 온라인 논문이 게재 되었다.

전하의 저장 과정에서 슈펴캐퍼시터는 탄소 재료를 기반으로 한 전극 재료가 다양한 전이 금속 물질인 산화물(TMO) 및 황화물(TMS)을 포한한 혼합 TMO가 이용되어 더 나은 방전 용량이 요구된다.

이번 연구에서는 이러한 고성능 수산화물(ZMA-LDH)의 산화물(LDHs) 나노시트와 금속 산화물(Fe3O4)의 나노 구조를 기반으로 다공성 탄소 나노섬유(3DHPCNF)를 응용한 다차원적 구조를 열수 공정을 통해 일원화 시켜 고성능의 슈퍼캐퍼시터를 개발했다.
 

이러한 수산화물과 금속산화물, 그리고 다공성 탄소 나노섬유 등이 혼합된 산화물은 슈퍼캐퍼시터를 위한 독립형 전극 재료로서 높은 전력 밀도에서 높은 면적 에너지 밀도를 나타낸 것을 연구팀은 실험을 통해 확인했다고 밝혔다. 이러한 결과는 에너지 저장 장치용 고효율 다중 재료 기반의 전극을 설계할 수 있는 새로운 가능성을 제시하고 있다.

김한주 교수는 "최근 아연 공기 배터리 및 리튬 이온 배터리 휴대용 및 웨어러블 전자 기술에 대한 에너지 저장 시스템 중 에너지를 충족시키는 슈퍼캐퍼시터의 첨단 발전이 증가추세에 있다"며 "이번 연구 성과는 다양한 혼합 산화물을 활용해 다중 재료를 기반으로 한 고효율의 에너지 저장장치를 설계할 수 있는 제시한 것"이라고 전했다.

한편, 김한주 교수와 밀란포델 연구팀은 군산-새만금 프론티어 캠퍼스에서 에너지, 환경개선용 신소재 제조 분야 연구를 수행하고 있다. 이번 연구는 한국연구재단의 기본연구 지원사업 지원을 통해 수행됐다.