기존보다 6.5배 저장량 가진 차세대 에너지 소재 개발

KAIST 강정구 교수 최경민 박사 연구팀 주도…1만 이상 사이클로 긴 수명 장점

기존 제품보다 에너지 저장량이 6.5배 이상 많고, 더 오랫동안 쓸 수 있는 차세대 에너지 저장 소재를 국내 연구진이 개발했다.

이는 고용량 에너지 재료로 기대돼 왔지만 응용이 제한됐던 '금속유기물질'을 통해 대용량 슈퍼커패시터(전기에너지 저장장치)를 개발한 첫 번째 사례라서 더 주목을 받고 있다.

강정구 교수/사진=KAIST

KAIST 강정구 교수, 최경민 박사 연구팀은 기존 슈퍼커패시터가 빠른 충방전 속도와 긴 수명에도 불구하고 전기 저장 용량이 작아 독립적인 에너지 저장장치로 쓰기 적합하지 않은 취약점을 '나노 금속유기구조체'를 활용해 해결했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 금속유기구조체를 나노크기로 제작해 그래핀과 함께 하이브리드 인터페이스(서로 다른 두 물질의 경계면에서 상호작용으로 인해 기존에 없던 새로운 기능 창출) 소재를 구현, 나노 금속유기구조체를 활용한 고용량·고출력 슈퍼커패시터 제작에 성공했다.

연구팀은 24 종류의 금속유기구조체를 유기기능기, 금속작용기, 결정 및 기공 크기 등에 따라 각각 다르게 설계하고, 각각의 물리·화학적 요소가 에너지 밀도와 출력·사이클 특성에 미치는 영향을 분석했다.

이 분석자료를 바탕으로 최적의 구조를 가진 금속유기 구조체를 설계·합성해 기존의 상용화 돼 있는 탄소물질의 6.5배에 이르는 성능을 가지면서 1만번 이상 사이클이 가능한 긴 수명을 가진 에너지 저장소재를 개발하는데 성공한 것.

이번 연구성과는 재료과학분야의 세계적인 학술지인 'ACS나노(Nano)' 이달 6일자 온라인판에 게재됐다.