▲ 그래핀옥사이드에 금속산화물 촉매반응을 통해 나노천공을 만드는 과정.

국내 연구진이 대량 생산이 가능한 슈퍼커패시터(Supercapacitor)용 그래핀 합성기술을 개발해 풍력, ESS(에너지저장장치) 등 관련 시장 활성화에 기여할 전망이다.

한국세라믹기술원(원장 강석중) 노광철 박사팀과 연세대학교 김광범 교수 공동연구팀은 최근 산업통상자원부 에너지미래기술개발사업의 성공적인 수행을 통해 슈퍼커패시터용 나노천공 그래핀 합성 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 커패시터(콘덴서)의 성능 중 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로 충전지 역할을 하며, 전자 회로를 안정되게 동작시키기 위해 필수적인 부품이다. 그래핀을 슈퍼커패시터의 전극재료로 사용되는데 기존 그래핀은 2D구조로 전기를 저장할 수 있는 면적이 좁아 에너지저장 성능에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 그래핀옥사이드(GO)에 금속산화물 촉매반응을 통해 그래핀 상에 20nm(나노미터 이하로 균일한 나노천공(구멍)인 다공성 구조로 합성해 정전용량을 높일 뿐만 아니라 대량생산이 가능하도록 했다.

또한 이 기술을 슈퍼커패시터 전극재료에 적용 시 에너지·출력 밀도 특성이 뛰어나 대용량이면서 빠른 충전이 가능한 전지를 만들 수 있음을 입증했다.


세라믹기술원 관계자는 “이번 연구를 통해 풍력 및 태양광 등 신재생에너지 분야와 ESS, 자동차 제동에너지 회생 등 1조원에 달하는 슈퍼커패시터 세계시장을 국내 산업체가 선점할 수 있는 기반을 마련했다”고 밝혔다.

한편 이번 연구개발 결과는 영국 왕립화학회에서 발간하는 세계적 권위의 과학저널인 에너지와 환경 과학(Energy &Environmental Science)에 2016년 4월호 표지 논문으로 게재됐다.