이미지 확대보기연구팀은 2~50나노미터(㎚) 크기 메조 기공과 2㎚ 이하 크기 마이크로 기공이 동시에 존재하는 다공성 구조 전도성 탄소 구조체 기반 대용량 음극재와 양극재를 개발했다.
이번에 개발된 전지는 이미 상용화된 리튬이온 배터리와도 견줄만한 에너지 밀도, 슈퍼 축전기 출력 밀도 특성을 갖췄다. 수 초에서 수 분 내 급속충전도 할 수 있다.
하이브리드 전지는 배터리용 음극의 높은 저장 용량과 축전기용 양극의 빠른 이온 충·방전 장점을 모두 지녀 차세대 에너지 저장 소자로 주목받는다. 그러나, 배터리용 음극의 전기 전도도와 이온 저장 특성 개선, 축전기용 양극의 이온 저장 용량 증가, 서로 다른 이온 저장 매커니즘에 따른 두 전극의 최적화 과정이 필요하다.
국내 연구팀은 다공성 구조 산화 그래핀을 활용해 전도성 탄소 기반 음극, 양극 소재를 개발했다. 이와 같은 방법으로 속도가 개선된 대용량 음극·양극을 활용해 기존 하이브리드 전지가 가진 문제를 해결했다.
또한, 연구팀은 음극 재료로 5~10㎚ 크기 몰리브덴 금속 산화물이 결합된 탄소 구조체를 만들었다. 탄소 구조체는 마이크로 기공과 산화 그래핀 껍질을 갖춰 전해질 속 리튬이온 침투를 용이하게 하고 전기 전도도를 높여준다.
섬유형 전도성 고분자를 환원한 산화 그래핀 면에 가교화 시키는 새로운 구조 제작 기술도 사용됐다. 연구진은 신기술을 적용해 축전기용 양극 재료를 만들었다. 전도성 고분자인 폴리아닐린은 강한 결합력을 가져 음이온 흡착을 가능케 한다.
강정구 교수는 "리튬이온 배터리 수준의 에너지 밀도는 물론 고출력 밀도에 의한 급속충전이 가능한 최첨단 리튬이온 전지를 만들었다"며 "활용 범위를 전기차를 포함해 모든 전자기기로 확대한다면 인류 삶의 질을 높일 것"이라고 밝혔다.
송광범 기자 postmoneynews@gmail.com
