UNIST, 커패시터에 이차전지 장점 더한 슈퍼커패시터 개발

입력 2020-11-26 12:00
  • 가장작게

  • 작게

  • 기본

  • 크게

  • 가장크게

저장 용량 60% 향상, 구부리고 비틀어도 성능 안정적

▲전이 금속이 용출된 이중층 페로브스카이트 산화물 합성 모식도. (사진제공=울산과학기술원)
▲전이 금속이 용출된 이중층 페로브스카이트 산화물 합성 모식도. (사진제공=울산과학기술원)

물질의 표면과 내부에 모두 에너지 저장이 가능한 페로브스카이트(Perovskite) 소재가 개발돼 주목된다. 저장 용량은 60% 늘었으며 구부리거나 비틀어도 성능은 안정적이어서 웨어러블 디바이스 사용도 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 장지현 교수팀이 이차전지와 슈퍼커패시터의 장점을 갖춘 신개념 에너지 저장 장치에 쓸 수 있는 페로브스카이트 산화물 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.

또 이 물질을 전극에 코팅하는 간단한 방법으로 웨어러블 디바이스 전원용 유연 슈퍼커패시터 제작에도 성공해 상용화 가능성을 보였다. 슈퍼커패시터에 대용량 이차전지의 장점을 더한 고속충전ㆍ고출력 만능 전지(에너지 저장장치) 개발이 앞당겨질 전망이다.

슈퍼커패시터는 전극 ‘표면’에 전기에너지를 저장했다가 꺼내는 쓰는 방식이라 이차전지와 달리 충전이 빠르고 순간적으로 필요한 전기를 빠르게 뽑아낼 수 있다. 수명도 반영구적으로 길고 가볍다. 아주 작게도 만들 수 있어 사물인터넷이나 웨어러블 디바이스 전원으로 주목받고 있다. 하지만 물질 ‘속’에 전기를 저장하는 리튬이온전지 같은 이차전지보다는 단위 질량 당 에너지 저장 용량이 떨어지는 한계가 있다.

▲개발된 물질의 전기에너지 저장 원리와 이를 적용한 하이브리드 슈퍼커패시터의 성능. (사진제공=울산과학기술원)
▲개발된 물질의 전기에너지 저장 원리와 이를 적용한 하이브리드 슈퍼커패시터의 성능. (사진제공=울산과학기술원)

연구팀은 물질 표면과 내부에 모두 에너지를 저장할 수 있는 페로브스카이트 산화물 기반 전극 활물질(Active material)을 이용해 슈퍼커패시터의 에너지 저장 능력을 끌어올렸다. 슈퍼커패시터의 에너지 저장방식과 이차전지의 에너지 저장방식을 모두 쓰는 셈이다. 물질 내부의 산소 음이온은 이차전지의 리튬 양이온과 유사한 역할을 해 물질 속에 전기 에너지를 저장하며, 내부에서 흘러나온(용출, Exsolution) 코발트(Co)는 산화 과정을 거쳐 슈퍼커패시터 방식으로 표면에 전기에너지를 저장한다.

이 물질을 전극에 코팅한 플렉서블 슈퍼커패시터는 215.8Wh/kg(218.54mAh/g)의 단위 질량 당 에너지 밀도(단일 전극 시 에너지 저장 용량)를 기록했다. 기존 페로브스카이트 소재를 적용했을 때보다 60% 정도 향상된 수치다. 또 순간 출력을 가늠하는 지표인 전력밀도도 14.8 kW/kg으로 높았다. 이 슈퍼커패시터를 이용해 3.6V의 LED 조명을 켤 수 있었을 뿐만 아니라, 이를 구부리거나 비틀어도 안정적인 성능을 유지했다.

장지현 교수는 “이번 연구로 물질의 모든 부분을 에너지 저장에 쓸 수 있다는 사실을 밝혔다”며 “이를 통해 기존 이차 전지와 슈퍼커패시터의 한계를 보완하고 장점만을 취사선택해 신개념 에너지 저장장치 개발의 새로운 방향성을 제시했다”고 설명했다.

  • 좋아요0
  • 화나요0
  • 슬퍼요0
  • 추가취재 원해요0

주요 뉴스

  • '바이든 리스크' 비트코인, 5만5000달러로 급락…4개월 만에 최저치 내려앉나 [Bit코인]
  • 현아·용준형, 연애 6개월 만에 결혼설…"10월 11일에 식 올린다"
  • [날씨] "출근길 우산 챙기세요" 수도권 천둥·번개 물폭탄…무더위는 계속
  • 맥북 던진 세종대왕?…‘AI 헛소리’ 잡는 이통3사
  • [기회의 땅 아! 프리카] 불꽃튀는 선점 전쟁…G2 이어 글로벌사우스도 참전
  • 국산 신약 37개…‘블록버스터’ 달성은 언제쯤? [목마른 K블록버스터]
  • “이마트 ‘노브랜드’ 발품 팔아 찾은 가성비...해외서도 통했죠”[단독 인터뷰]
  • ‘평생 트라우마’ 학교폭력, 더 심해지고 다양해졌다 [학교는, 지금 ①]
  • 오늘의 상승종목

  • 07.08 14:15 실시간

실시간 암호화폐 시세

  • 종목
  • 현재가(원)
  • 변동률
    • 비트코인
    • 79,205,000
    • -3.02%
    • 이더리움
    • 4,149,000
    • -3.29%
    • 비트코인 캐시
    • 448,000
    • -4.94%
    • 리플
    • 598
    • -4.47%
    • 솔라나
    • 189,400
    • -4.1%
    • 에이다
    • 497
    • -4.42%
    • 이오스
    • 701
    • -4.23%
    • 트론
    • 178
    • -3.26%
    • 스텔라루멘
    • 119
    • -6.3%
    • 비트코인에스브이
    • 49,890
    • -3.5%
    • 체인링크
    • 17,890
    • -2.08%
    • 샌드박스
    • 406
    • -4.47%
* 24시간 변동률 기준