고려대는 윤영수 고려대 KU-KIST융합대학원 교수팀이 마그네슘 이온 기반 전하수송체와 나노 기공 구조를 갖는 활성탄소 전극을 사용한 차세대 에너지저장기기 '마그네슘 이온 슈퍼커패시터'를 개발했다고 21일 밝혔다
슈퍼커패시터란 빠른 충·방전이 가능한 고출력 에너지 저장 디바이스다. 슈퍼커패시터는 리튬이온이차전지와 더불어 가장 널리 사용되고 있는 에너지저장기기이다.
연구진은 윤영수 고려대 KU-KIST융합대학원 융합에너지공학과 교수팀과 진형준 인하대 고분자공학과 교수팀, 임형규 강원대 화학공학과 교수팀의 공동연구를 통해 진행됐다. 이상문 기초과학지원연구소 박사도 연구에 참여했다.
슈퍼커패시터의 에너지 저장 메커니즘은 전극 표면에서 전하수송체의 물리적 흡탈착 거동을 통해 에너지를 저장하는 메커니즘을 가진다.
이처럼 표면에서 저장되는 방식으로 인해 리튬이온이차전지보다 매우 빠르게 에너지를 저장할 수 있으며 보다 긴 수명을 나타내는 장점을 가진다. 반면 저장할 수 있는 에너지밀도가 낮은 단점을 가진다.
연구진은 에너지밀도가 용량과 전압의 곱으로 계산되는 점에 착안해, 용량을 증가시키는 방향 대신 전압을 비약적으로 향상시켜 에너지밀도를 증가시키는 연구목표를 설정했다.
연구진은 마그네슘-글라임 전하수송체의 높은 결합력을 이용함으로써 고전압에서도 안정하게 전하를 수송할 수 있는 특성을 활용해 고전압 마그네슘 이온 슈퍼커패시터를 개발했다.
연구진은 비표면적이 넓은 탄소계 전극의 기공특성이 전하수송체의 안정성에 크게 기여할 수 있음을 최초로 규명했다. 이를 활용해 고전압에서도 높은 용량을 구현할 수 있는 슈퍼커패시터를 개발했다.
개발된 마그네슘 이온 슈퍼커패시터는 100Wh/㎏의 높은 에너지밀도와 더불어 1만 W/㎏의 매우 높은 출력밀도를 가진다. 이는 기존의 슈퍼커패시터의 에너지, 출력밀도보다 2배가량 높은 수치다.
연구팀 관계자는 "이번 연구내용을 통해 다가이온 기반 슈퍼커패시터 분야에서 커다란 파급효과를 가져올 것으로 기대된다"고 말했다. ⓒ 세이프타임즈
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