한국과학기술원(KAIST)은 강정구 EEWS대학원 교수 연구팀이 수십 초안에 급속 충전을 할 수 있는 물 기반 융합에너지 저장소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

전력을 모아뒀다가 필요할 때 쓰는 에너지 저장장치(ESS)는 전력 효율화 방안 중 하나로 최근 개발·설치가 활발하게 진행 중이다. 현재 ESS는 대부분 리튬이온 전지를 사용하는 전기 화학적 방식 시스템으로 상용화했다.

이는 유해성 문제, 낮은 전력 밀도, 긴 충전 시간 등 문제점을 가지고 있다. 학계에서 연구 중인 기존 물 기반 ESS는 친환경적인 데다 상대적으로 제작이 쉬우나 낮은 구동전압과 음극 재료 부족으로 에너지 밀도가 낮고 급속 충전에 한계가 있다.

연구팀은 전극 표면에서 빠른 속도로 에너지를 교환하는 한편 양극 사이 에너지 손실을 최소화해 고성능 물 기반 에너지 저장장치를 구현했다.

에너지 저장소자는 고용량과 함께 높은 에너지·출력 밀도를 보인다고 연구팀은 설명했다. 최대 출력 밀도의 경우 기존 물 기반 배터리보다 100배 이상 높았다.

여기에 더해 음극과 양극의 물리적 균형을 바탕으로 매우 안정적인 충·방전 결과를 보였다. 연구팀은 10만 번 이상의 높은 충·방전 전류에서도 용량이 100％ 유지되는 것을 확인했다.

USB 충전기나 소형 태양전지 등 저전력 충전 시스템을 통해서도 20∼30초 안에 충전할 수 있었다.

강 교수는 "고용량·고안정성 특성을 고려하면 물 기반 에너지 저장장치 상용화에 기여할 것으로 기대하는 기술"이라며 "저전력 충전 시스템을 통해 급속 충전이 가능한 만큼 휴대 가능한 전자 기기에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

강원대 정형모 교수와 공동으로 진행한 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단 지원을 받아 수행했다.

옥일우 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 논문은 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 지난달 15일 자에 실렸다.