이효영 성균관대 교수팀, 전기차 주행거리 3배로…초고속 충전 축전기 개발

국내 연구진이 기존 구조에 비해 충·방전 속도가 빠른 고성능 에너지 저장장치인 슈퍼 커패시터(초고용량 축전기)를 개발했다. 전기자동차에 사용되는 차세대 에너지 저장장치 개발에 활용될 것으로 기대된다.

미래창조과학부는 이효영 성균관대 화학과 교수(사진) 연구팀이 ‘수직구조 그래핀 플레이크를 이용한 고성능 저장장치’를 개발했다고 20일 발표했다.

슈퍼 커패시터는 2차전지를 잇는 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있다. 전도성 전극 소재에 전해질 이온들을 흡착(충전) 및 탈착(방전)하는 방식으로 전기를 생산한다.

현재 스마트기기 등에 널리 사용되는 리튬이온전지는 용량은 크지만 충·방전 속도가 느리다. 반면 슈퍼 커패시터는 용량은 작지만 충·방전 속도가 빨라 상호 기능 보완이 가능할 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 탄소 원자로 구성된 차세대 소재인 그래핀을 활용해 전지 성능을 높였다. 그래핀을 산화시켜 만든 ‘그래핀 플레이크’를 얇은 필름에 고르게 붙인 후 이 필름을 두루마리 형태로 말아 1000도의 고온에서 구워 새로운 배터리용 전극으로 만들었다.

이렇게 만든 전극은 기존 커패시터에 쓰이는 분말 형태, 수평 구조 그래핀보다 충·방전 속도가 1000배 이상 빨랐다. 에너지 저장용량도 약 세 배 크고, 전극밀도 또한 기존 활성탄이나 그래핀보다 두 배 이상 높았다. 전기자동차에 이 배터리를 적용하면 최대 주행거리를 세 배 늘릴 수 있다는 의미다.

이번 연구 성과는 미국화학회가 발간하는 나노 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com