IBS, 나뭇잎 구조 닮은 고성능 슈퍼커패시터 기술 개발

【대전=뉴시스】이시우 기자 = 기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 나노구조물리연구단 이영희 단장 연구팀이 초소형 전자기기에 활용할 수 있는 고성능 마이크로 슈퍼커패시터(micro-supercapacitor)기술을 개발했다고 25일 밝혔다.  

 슈퍼커패시터(micro-supercapacitor)는 축전기와 유사한 축전 용량이 대단히 큰 에너지 저장장치로 작은 크기에 출력 성능이 매우 높아 배터리를 대체하는데 사용된다.

 연구팀은 기존 마이크로 슈퍼커패시터의 낮은 에너지 밀도를 개선해 출력 성능이 높으면서도 에너지 밀도는 기존 휴대전화 등에 사용되는 리튬이온 전지보다 뛰어난 고성능 마이크로 슈퍼커패시터를 만드는데 성공했다.

 특히 연구팀은 나뭇잎 줄기의 구조에 착안해 성능을 크게 개선했다.

 나뭇잎의 줄기와 같은 전하 이동통로를 확보, 이온의 출입이 용이하도록 해 높은 에너지 밀도 및 출력밀도를 확보한 것이다.

 연구팀은 고체전해질에 나노선(nano wire)을 섞고 이를 산화흑연 층간에 삽입해 전극을 형성한 뒤 나노선을 녹여내 이온이 잘 통과하는 이동경로를 인위적으로 만들었다.

 이를 통해 마이크로 리튬이온전지가 갖는 에너지밀도에 가까우면서도 출력밀도는 1만 배 이상 개선된 결과를 얻었다.

 이영희 IBS 나노구조물리연구단장은 "이 기술이 사용화가 되면 휴대전화 등에 사용되는 리튬이온전지를 대신해 각종 전자기기에 활용될 것으로 기대한다"며 "장시간 사용을 위해 전극의 두께를 두껍게 하는 등의 추가 연구를 계속할 계획"이라고 말했다.

 이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 에너지과학 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF 14.385)2) 온라인판에 게재된 바 있다. 논문제목은 '나뭇잎을 모방하여 나노채널이 형성된 고효율 그래핀 마이크로-슈퍼커패시터(Leaf Vein-Inspired Nanochannelled Graphene Film for Highly Efficient Micro-Supercapacitors)'이다.

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