광고 창닫기

"수십 초 내 충전 끝" KAIST, 물 기반 저장소자 개발

100배 이상 높은 최대 출력 밀도···20~30초 내 충전
물 기반 융합 에너지 저장 소자의 모식도와 최적화된 그래핀 기반 고분자 사슬 음극(좌) 및 나노 이하 금속 산화물 양극(우)의 표면 이미지. <사진=KAIST 제공>물 기반 융합 에너지 저장 소자의 모식도와 최적화된 그래핀 기반 고분자 사슬 음극(좌) 및 나노 이하 금속 산화물 양극(우)의 표면 이미지. <사진=KAIST 제공>

국내 연구팀이 수십 초 내 충전이 가능한 물 기반 저장소자를 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 강정구 EEWS대학원 교수 연구팀이 수십 초 내 급속 충전이 가능한 물 기반 융합에너지 저장소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

이 기술은 그래핀 기반의 고분자 음극과 나노금속 산화물 양극 개발을 통한 높은 에너지 밀도를 가지며 급속 충전이 가능한 융합 에너지 저장소자로 향후 휴대용 전자기기에 적용 가능할 것으로 기대된다.

기존의 물 기반 에너지 저장장치는 낮은 구동 전압과 음극 재료의 부족으로 에너지 밀도가 낮고 급속 충전에 한계가 있었다.

에너지 저장장치는 두 전극에 의해 에너지 저장 용량이 정해지며 양극·음극의 균형이 이뤄져야 고안정성을 갖는다.

일반적으로 두 전극은 전기적 특성에 차이를 보이고 이온 저장 과정이 다르기 때문에 불균형에 의한 낮은 용량과 안정성을 보이곤 한다.

연구팀은 전극의 표면에서 빠른 속도로 에너지 교환을 이루게 하고 양극 사이의 에너지 손실을 최소화시킴으로써 고성능 에너지 저장장치를 구현하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 음극 소재는 전도성 고분자 물질로 배터리, 슈퍼커패시터 전극 재료로 활용할 수 있다. 그래핀 표면과 층 사이에서 그물 모양의 최적화된 외형으로 기존 음극 소재에 비해 높은 에너지 저장용량을 갖는다.

양극 소재는 나노 크기 이하의 금속 산화물이 그래핀 표면에 분산된 외형을 이루고 원자와 이온이 일대일로 저장되는 형식이다.

두 전극을 기반으로 한 연구팀의 에너지 저장 소자는 고용량과 함께 높은 에너지와 출력 밀도를 보이며 음극과 양극의 물리적 균형을 통해 매우 안정적인 충·방전 결과를 보였다.

연구팀이 개발한 물 기반 융합에너지 저장소자는 기존의 물 기반 배터리에 비해 100배 이상으로 높은 최대 출력 밀도를 보이며 급속 충전이 가능하다. 또한 10만 번 이상의 높은 충·방전 전류에서도 용량이 100% 유지되는 안정성을 보였다.

연구팀의 에너지 저장 소자는 USB 충전기나 소형태양전지 등의 저전력 충전 시스템을 통해서도 20~30초 내에 충전이 가능하다.

강정구 교수는 "친환경적인 이 기술은 제작이 쉽고 활용성이 뛰어나다. 특히 기존 기술 이상의 고용량, 고안정성은 물 기반 에너지 저장장치의 상용화에 기여할 것"이라며 "저전력 충전 시스템을 통해 급속 충전이 가능하기 때문에 휴대 가능한 전자 기기에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 옥일우 KAIST 박사과정이 1저자로 참여했으며 연구 결과는 에너지재료분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 지난달 15일자로 게재됐다.
 
박성민 기자의 다른 기사 더보기
독자의견
로그인 독자분들의 소중한 의견은 과학과 국민을 잇는 밑거름이 됩니다
0/ 300자