전북대 미래 전기차에 사용되는 전극소재 개발

미래형 전기자동차나 휴대용 전자제품 등에 사용될 수 있는 슈퍼캐퍼시터 장치에 사용되는 전극 소재를 전북대학교 발라무르건 자라야만 박사와 이중희·김남훈 교수팀이 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

1일 전북대에 따르면 연구팀은 계층적 구조로 된 다공성을 가지는 ‘망간-니켈-셀레나이드’ 나노 구조체와 ‘망간-철-셀레나이드’ 나노 시트 형태의 소재를 개발하여 음극과 양극 소재로 사용함으로써, 높은 에너지 밀도와 높은 출력 밀도를 가지면서 매우 우수한 내구성을 지닌 새로운 고성능 슈퍼캐퍼시터를 개발했다.

이는 1만 회 사용 후 98.2%의 성능을 유지할 만큼 효율이 매우 높다. 유연한 고체 상태이기 때문에 전기자동차나 전자제품 등에 폭넓은 적용이 가능하다.

이 연구 결과는 에너지 분야의 세계 최고 학술지인 '나노 에너지 (Nano Energy)'(IF=15.548)의 최신호에 게재됐으며, 미래창조과학부의 중견연구자사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구팀은 카본섬유 천위에 망간-니켈 2중층 수산화물을 성장시킨 후 그 후에 셀렌화 해 높은 전기 전도도를 가지면서 촉매로써의 활성도도 매우 뛰어나고, 내구성이 우수한 음극 전극소재로 사용했다. 양극 전극소재는 카본섬유 천위에 망간-철 2중층 수산화물을 성장시킨 후 셀렌화를 통하여 사용했다.

이러한 전극소재를 사용하여 매우 효율이 뛰어나면서 내구성을 가지는 고성능 슈퍼캐퍼시터를 제조할 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.

슈퍼캐퍼시터는 일반적으로 단시간 내에 고출력을 낼 수 있다는 장점을 갖고 있지만 에너지 저장 밀도가 낮아 장시간에 사용 할 수 없다는 단점을 지니고 있었다.

그러나 이번에 제조된 슈퍼캐퍼시터는 이러한 단점을 극복하면서도 매우 우수한 출력을 내는 것으로 확인됐고, 에너지 밀도가 거의 리튬 이온전지에 버금가고 있는 두 장치 기능을 한 번에 해결할 수 있다는 장점까지 지닌다.

이중희 교수는 “이번 연구로 미래 전기 자동차 등과 같은 전자장치를 위해 반드시 해결해야 할 핵심 기술인 에너지 저장 기술을 보다 성능이 뛰어나면서도 저렴하게 제조할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것”이라며 “이러한 소재기술의 확립은 고효율 차세대 에너지 저장 장치 상용화를 위한 가장 중요한 원천 기술 확보라는 의미를 갖는다”고 밝히면서 조속한 시일 내에 상용화가 가능할 것으로 내다봤다.