국내 연구진이 차세대 에너지저장장치로 주목받는 하이브리드 슈퍼커패시터(Hybrid Supercapacitor)의 용량과 충전 속도를 높이고 수명을 향상시킬 수 있는 물질을 찾아냈다.
미래창조과학부는 포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과 이진우 교수와 임은호 연구원, 강기석 서울대학교 교수, 윤성훈 중앙대학교 교수 연구팀이 티타늄 베이스 산화물을 대체할 수 있는 음극물질을 개발했다고 9월18일 발표했다.
하이브리드 슈퍼커패시터는 배터리처럼 산화․환원 반응을 통해 에너지를 저장하는 음극물질과 축전지와 같이 전기이중층에 전하를 모으는 양극물질을 사용한 축전시스템(ESS: Energy Storage System)이다.
하이브리드 슈퍼커패시터의 음극물질로는 빠른 출력 특성이 장점인 티타늄 베이스 산화물이 주로 사용되고 있으나 이론 용량과 전기전도성이 낮은 단점 때문에 새로운 음극물질을 개발하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
연구팀은 티타늄보다 전기․화학적 성능이 우수한 나노기공이 있는 니오비윰계 산화물(Nb2O5)에 탄소를 코팅한 복합체를 음극물질로 활용한 하이브리드 슈퍼커패시터를 만들었다.
약 1분 만에 최대 용량의 60%를 충전할 수 있는 고속 충전성능을 나타냈을 뿐만 아니라 티타늄을 음극소재로 활용했을 때에 비해 에너지용량이 약 1.5배에 뛰어난 것으로 확인됐다.
또 1000번 충·방전 실험한 결과 초기 용량의 90% 이상을 유지함으로써 수명 특성도 우수한 것으로 나타났다.
연구팀 이진우 교수는 “최근 개발된 하이브리드 슈퍼커패시터 가운데에서도 우수한 에너지 및 출력밀도를 나타냈다”며 “추가 연구를 통해 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차의 차세대 ESS로 활용할 방침”이라고 강조했다.
연구 결과는 나노재료분야 국제학술지인 ACS NANO 9월19일자 온라인판에 게재됐다.