전북대학교 이중희(사진 왼쪽)·김남훈 교수팀(대학원 BIN융합공학과·사진)이 미래형 스마트 자동차 등에 사용될 수 있는 초고효율의 고체 슈퍼캐퍼시터 제조 기술을 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

미래창조과학부의 중견연구자지원사업과 BK-21 플러스 사업 지원을 받아 수행된 이 연구는 에너지 분야 세계 최고 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’(IF=16.721)의 최신 온라인판에 게재됐다.

슈퍼캐퍼시터는 전기자동차나 모바일 단말기 등 다양한 전자장비에 널리 사용되는 에너지 저장 장치다.

 짧은 시간 내에 높은 출력을 주기 위해 주로 사용된다. 그러나 장치 내에 저장할 수 있는 에너지양이 적고, 작동 전압이 낮다는 단점을 갖고 있었다.

전북대 연구팀이 새롭게 제시한 기술은 이러한 기존의 슈퍼캐퍼시터가 갖는 여러 단점을 획기적으로 보완한 것이다. 

3차원 니켈 폼 위에 계층적 다공구조를 가지는 금속 수산화 나노와이어의 합성과 연속적인 유황화 과정을 통해 아연(Zn)-코발트(Co)-황(S)을 합성하고 이를 전극 소재로 활용했다.

이 슈퍼캐퍼시터는 고출력을 내면서도 기존의 난제들을 완전히 해소할 수 있도록 만들어졌다. 기존 소재에 비해 제조 방법이 비교적 간단하고 용이하며, 특히 고체 상태이기 때문에 운반이 쉽고, 유연해 다양한 형태로 만들 수 있어 다양한 전자 제품에 적용이 가능하다.

또한 1만 회 이상을 사용해도 출력 성능이 93% 이상 유지되어 사용 연한이 매우 길며, 높은 전력밀도까지도 고출력을 낼 수 있다는 장점을 갖고 있다.

이를 통해 이 소재가 리튬이온 2차 전지, 연료전지, 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 저장 및 변환 장치의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

전북대 교수팀의 이러한 우수 연구 성과는 한국연구재단 신진연구자사업 지원을 받는 발람무르건 연구교수와 이초 박사과정생의 긴밀한 협력으로 이뤄졌으며, 매주 갖는 지도교수와 연구원 간의 창의적 토론을 통해 새 아이디어가 도출됐다. 연구팀은 이번 연구 성과를 응용한 다양한 연구를 지속적으로 수행하고 있어 근시일 내에 더욱 우수한 연구 결과들이 도출될 것으로 기대되고 있다.

이중희 교수는 “이번 연구 결과로 미래 스마트자동차에서 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 에너지 저장 장치를 보다 성능이 뛰어나면서도 저렴하게 제조할 수 있는 기반기술을 마련했다”며 “고효율 차세대 에너지 저장 장치 상용화를 위한 첫 발을 내딛었다는 의미를 갖는다”라고 밝히면서 조속한 시일 내에 상용화가 가능할 것으로 내다봤다.

 /이상민 기자