기존의 물 기반 에너지 저장장치는 낮은 구동전압과 음극재료의 부족으로 에너지 밀도가 낮고 급속 충전에 한계가 있다. 한국과학기술원(KAIST) EEWS대학원 강정구 교수 연구팀이 수십 초 내 급속 충전이 가능한 물 기반의 융합에너지 저장소자를 개발해 이 같은 난제를 풀었다.

에너지 저장장치는 두 전극에 의해 에너지 저장 용량이 정해지며 양극, 음극이 균형을 이뤄야 안정성이 뛰어나다. 일반적으로 두 전극은 전기적 특성과 이온 저장 과정이 다르기 때문에 낮은 용량과 안정성을 보이곤 한다.

23일 KAIST에 따르면, 강정구 교수팀은 전극 표면에서 빠른 속도로 에너지 교환이 이뤄지게 하고 양극 사이의 에너지 손실을 최소화 함으로써 고성능 에너지 저장장치 구현에 성공했다. 이번 연구는 강원대 정형모 교수와 공동으로 진행됐다.

연구팀이 개발한 음극소재는 전도성 고분자 물질로 배터리, 슈퍼커패시터 전극 재료로 활용할 수 있다. 그래핀 표면과 층 사이에 그물 모양의 최적화된 외형으로 기존 음극소재에 비해 에너지 저장용량이 높다. 양극소재는 나노 크기 이하의 금속 산화물이 그래핀 표면에 분산된 외형을 이루고 원자와 이온이 일대일로 저장되는 형식이다.

연구팀이 개발한 물 기반 융합에너지 저장소자는 기존의 물 기반 배터리에 비해 최대 출력 밀도가 100배가 넘으며 급속 충전이 가능하다. 또 10만 번 이상의 높은 충·방전 전류에서도 용량이 100% 유지될 정도로 안정성이 뛰어나다.

강 교수는 "이번에 개발된 기술은 친환경적인데다 제작이 쉽고 폭넓은 활용이 가능하다"며 "물 기반 에너지 저장장치의 상용화에 기여할 것"이라고 말했다. 그는 이어 "저전력 충전 시스템을 통해 급속 충전이 가능하기 때문에 휴대용 전자기기에 적용할 수 있을 것"이라고 내다봤다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업(하이브리드인터페이스기반미래소재연구단)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과를 담은 논문은 에너지재료 분야 국제저널 '어드밴스트 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 1월 15일자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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