국내 연구진이 영하 80℃ 극저온에서 전기에너지를 효율적으로 저장하는 기술을 개발해 화제다.
이 기술은 초저온 우주환경에서 작동하는 웨어러블 기기 제작, 혹한지역 전기차 배터리 효율화 개선 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.
한국연구재단은 공주대 임진형 교수 연구팀이 극저온에서 효과적으로 작동하는 수퍼캐퍼시터 하이브리드 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다.
수퍼캐퍼시터는 전극과 전해질 계면의 단순한 이온 이동이나 표면화학 반응에 의한 충전 현상을 이용해 많은 에너지를 모아두었다가 수십 초 동 높은 에너지를 발산하는 에너지 저장장치로, 에너지밀도가 높고, 충전 속도가 빠르며, 충전 사이클 수명도 매우 긴 특징을 갖는다.
리튬이온 이차전지는 온도가 내려갈수록 내부저항이 급격하게 증가하면서 리튬이온 이동성이 현저히 감소한다.
연구팀은 극저온에서 기존 전기에너지 저장장치의 장애요소인 저온에서의 낮은 전하이동도와 안정성 문제를 해결할 방안으로 친환경 소재로 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재를 주목했다.
이에 연구팀은 시스템의 주 전극 재료로 사용된 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재가 화학적으로 안정적이면서 고효율로 동작할 수 있는 조성영역을 탐색, 실험결과 영하 80℃에서도 안정적으로 무선신호를 발생하는 자가구동형 소자를 시연하는데 성공했다.
2차 결합을 이용한 핵심 물질 간의 상호작용 화학구조 모식도. 한국연구재단 자가구동형 소자가 적용된 시스템은 웨어러블 장치로도 활용할 수 있어 일반적인 인간의 움직임에 의해 구동되는 에너지수확 및 저장 기능도 가능하다.
극저온 환경에서 보호복에 부착(우) 인체 움직임에 의한 압전/마찰에너지가 전기로 변환되어 에너지 수확/저장 소자로 활용하는 SC-PTNG 결합 시스템 개념도. 한국연구재단 임 교수는 “이번 연구로 개발한 전기에너지 발생 및 저장 소자는 극저온에서는 좋은 성능을 갖췄다”며 “추호 동작 온도 범위를 영하 200℃의 극한계에서도 가능토록 연구를 계속 진행할 계획”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업과 지역대학 우수과학자 지원으로 수행됐다.
