전북대학교 이중희 교수팀(대학원 BIN융합공학과)이 미래형 스마트 자동차 등에 사용될 수 있는 초고에너지를 저장할 수 있는 고효율의 고체 슈퍼캐퍼시터 장치의 전극소재를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.
미래창조과학부의 중견연구자지원사업과 BK-21 플러스 사업 지원을 받아 수행된 이번 연구는 에너지 분야 세계 최고 학술지인 『어플라이드 캐털리시스 비 임바이론먼털 (Applied Catalysis B: Environmental)』(IF=11.698)의 최신호에 게재됐다.
슈퍼캐퍼시터는 전기자동차나 모바일 단말기 등 다양한 전자장비에서 짧은 시간 내에 큰 파워를 내기 위해 주로 사용되는 에너지 저장 장치다. 그러나 장치 내에 저장할 수 있는 전체 에너지양이 적고, 작동 전압이 낮아 사용하는데 어려움이 있었다.
이 교수팀이 개발한 소재는 이러한 기존의 슈퍼캐퍼시터가 갖는 여러 단점을 획기적으로 보완할 수 있는 것으로 니켈-바니디움 산화물과 철-바나디움 산화룰물을 저렴하면서도 비교적 간단한 공정인 열수공정 기술을 이용하여 질소가 도핑 된 그래핀 위에 장착시킨 소재를 개발하여 전극으로 활용했다.
이 슈퍼캐퍼시터는 고용량과 고출력을 내면서도 기존의 난제들을 완전히 해소할 수 있도록 만들어졌다. 기존 소재에 비해 제조 공정이 쉽고 저렴하고, 어러 곳에 적용할 수 있어 다양한 전자제품에 적용이 가능하다.
또한 2만 회 이상을 사용해도 출력 성능이 83% 이상 유지되어 사용 연한이 매우 길며, 높은 전력밀도까지도 고출력을 낼 수 있다는 장점을 갖고 있다.
연구팀은 이러한 연구를 통해 이 소재가 리튬이온 2차 전지, 연료전지, 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 저장 및 변환 장치의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것으로 내다보고 있다.
이 교수팀의 이번 연구 성과는 발람무르건 박사와 구어 멍 박사, 그리고 박사과정 학생들 간의 긴밀한 협력과 창의적 토론을 통해 아이디어가 도출됐다.
연구팀은 지난달에도 전극소재 관련 우수한 연구 결과가 세계적 우수 학술지인 어드밴스트 에너지 머티리얼(Advanced Energy Materials, IF=21.875 ) 및 어드밴스트 펀크셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF=13.325) 등에 게재되는 등 국내뿐 아니라 세계적으로도 최고 수준의 연구를 수행하고 있다.
이중희 교수는 “이번 연구로 미래 전기 자동차 등과 같은 전자장치를 위해 반드시 해결해야 할 핵심 기술인 에너지 저장 기술을 보다 성능이 뛰어나면서도 저렴하게 제조할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것”이라며 “이러한 소재기술의 확립은 고효율 차세대 에너지 저장 장치 상용화를 위한 가장 중요한 원천 기술 확보라는 의미를 갖는다”고 밝히면서 조속한 시일 내에 상용화가 가능할 것으로 내다봤다.
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