국내 연구진이 초용량 축전지 개발에 성공했다.

교육과학기술부는 ‘기후변화대응 기술개발사업’의 지원을 받은 KAIST 최장욱 교수, 강정구 교수 공동 연구팀이 ‘고용량의 플렉서블한 초용량 축전지(슈퍼커패시터)를 제조하는 기술’을 개발하는데 성공했다고 지난 6일 밝혔다.

초용량 축전지는 작은 에너지 저장 용량을 가지지만 큰 출력 특성을 지닌 기존의 축전지(capacitor)에서 에너지저장 용량을 향상시켜 전지와 축전지의 장점을 모두 가지는 소자를 말한다.

이번 연구의 핵심은 탄소로만 이루어진 그래핀에 질소를 도핑함으로써 에너지 저장 용량을 증가시킨 것이다.

질소가 도핑된 그래핀 축전지는 도핑되지 않은 경우와 대비 전해액이 이온과 더 잘 결합해 훨씬 많은 양의 에너지 저장이 가능하다. 질소가 가미되지 않은 경우에 비해 저장에너지가 4배가량 증가하는데, 이 에너지 저장 용량은 기존의 다른 재료로 구현된 축전지보다 2배 이상 큰 저장 용량이다.

이번 연구에서 개발된 그래핀 축전지는 매우 안정적인 작동을 나타내 23만회 동안의 충방전 평가에서도 성능 저하가 없는 것으로 확인됐다.

또한 그래핀 자체의 유연한 성질을 이용, 구부러지는 축전지로도 구현됐다. 따라서 이번에 개발된 그래핀 축전지를 응용, 의복 등에서 착용 가능한 에너지 저장 수단으로의 가능성도 열렸다.

더불어 이번 연구에서 질소가 그래핀의 가장 자리(edge) 뿐만 아니라 면 중앙부위에도 도핑될 수 있음을 확인, 가장 자리에만 도핑이 가능할 것이라는 기존의 연구 결과를 뒤집어 더욱 주목 받고 있다.

지난해 7월 대학원에 부임한 최 교수는 “이 연구를 통해 향후 그래핀을 이용한 초용량 축전지가 차세대 전기자동차, 스마트 그리드 등에 응용돼 고출력 에너지 저장 장치로써 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구 결과는 나노과학분야의 세계적 권위지인 미국의 나노 레터스(Nano letters)지 온라인판에 최근 발표됐다.