울산과학기술원(UNIST)은 물질 표면과 내부에 모두 에너지 저장이 가능한 페로브스카이트(Perovskite) 소재를 개발했다고 11월26일 발표했다.
UNIST 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀은 2차전지와 슈퍼커패시터(Supercapacitor)의 장점을 갖춘 신개념 에너지 저장 장치에 사용할 수 있는 페로브스카이트 산화물 소재를 개발했다.
슈퍼커패시터는 2차전지와 달리 충전이 빠르고 순간적으로 필요한 전기를 빠르게 뽑아낼 수 있는 전원장치로 전극 표면에 전기에너지를 저장한 후 꺼내 쓰는 방식으로 수명도 반영구적으로 길며 아주 작게도 만들 수 있어 사물인터넷이나 웨어러블 디바이스 전원으로 주목받고 있다.
그러나 물질 속에 전기를 저장하는 리튬이온전지 같은 2차전지보다는 단위 질량당 에너지 저장용량이 떨어지는 한계가 있다.
연구팀은 물질 표면과 내부에 모두 에너지를 저장할 수 있는 페로브스카이트 산화물 기반 전극 활물질을 이용해 슈퍼커패시터의 에너지 저장 능력을 끌어올렸다.
슈퍼커패시터와 2차전지의 에너지 저장 방식을 모두 쓰는 것이다.
물질 내부 산소 음이온은 2차전지 리튬 양이온과 유사한 역할을 해 물질 속에 전기에너지를 저장하며, 내부에서 흘러나온 코발트(Co)는 산화과정을 거쳐 표면에 전기에너지를 저장한다.
개발물질을 전극에 코팅한 플렉서블 슈퍼커패시터는 기존 페로브스카이트 소재를 적용했을 때보다 60% 정도 향상된 단위 질량당 에너지 밀도를 기록했다. 또 구부리거나 비틀어도 안정적인 성능을 유지했다.
장지현 교수는 “연구로 물질의 모든 부분을 에너지 저장에 쓸 수 있다는 사실을 밝혀냈다”며 “2차전지와 슈퍼커패시터의 한계를 보완하고 장점만 취사선택해 신개념 에너지 저장장치 개발의 새 방향성을 제시했다”고 강조했다.
연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ACS Energy Letters에 표지 논문으로 선정돼 11월13일자 온라인에 게재됐다.