기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단은 휴대전화 등 휴대용 초소형 전자기기에 활용할 수 있는 '고성능 마이크로 슈퍼커패시터' 기술을 개발하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
전자기기를 작게 만들려면 전기 저장장치의 소형화가 필수적이다.
현재 리튬이온전지(2차 전지) 등 고체형 마이크로 전지가 상용화되기는 했지만 충전 속도가 느리고 반복 충전 시 안정성이 떨어지는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
이의 대안으로 초소형 고성능 전기 저장장치인 마이크로 슈퍼커패시터가 기대를 모았지만 높은 출력에 비해 에너지 밀도가 떨어져 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.
연구진은 이번에 기존 기술의 한계를 뛰어넘어 출력 성능이 매우 높으면서 에너지 밀도는 기존 리튬이온전지를 능가하는 고성능 마이크로 슈퍼커패시터를 만드는 데 성공했다.
이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 에너지과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 2월 20일자 온라인 게재됐다.
연구진은 나뭇잎 줄기의 구조에 착안, 이온 이동경로를 최대한 짧게 만들어 비표면적(입방체에서 다른 물질과 접촉할 수 있는 면적)이 높은 그래핀 표면에 이온을 최대한 흡착시키는 구조를 만들었다.
고체 전해질에 나노선을 섞고 이를 산화흑연 층간에 삽입해 전극을 형성한 뒤 나노선을 녹여 내 이온이 잘 통과하는 이동경로를 인위적으로 만들어 에너지 밀도를 늘리고 높은 출력밀도를 유지한 것이다.
이런 실험 끝에 마이크로 리튬이온전지의 에너지밀도에 가까우면서도 출력밀도는 1만배 이상 개선된 값을 얻었다.
이는 지금까지 보고된 어떤 값보다 큰 것이라고 연구진은 설명했다.
이영희 단장은 "이 연구를 통해 제작이 간편하고 폭발위험이 없는 마이크로 슈퍼커패시터를 직접 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 계기를 마련했다"며 "다만 전극 두께가 지금보다 굵어야 장시간 사용할 수 있는 만큼 이를 개선하기 위한 연구를 이어갈 것"이라고 말했다.
- 연합뉴스 제공
- 저작권자 2015-02-26 ⓒ ScienceTimes
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