울산과학기술원(UNIST)은 물질 표면과 내부에 모두 에너지 저장이 가능한 페로브스카이트(Perovskite) 소재를 개발했다고 26일 밝혔다. 울산과기원에 따르면 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀은 이차전지와 슈퍼커패시터(Supercapacitor)의 장점을 갖춘 신개념 에너지 저장 장치에 쓸 수 있는 페로브스카이트 산화물 소재를 개발했다.
슈퍼커패시터는 이차전지와 달리 충전이 빠르고 순간적으로 필요한 전기를 빠르게 뽑아낼 수 있는 전원 장치다.
전극 표면에 전기 에너지를 저장했다가 꺼내 쓰는 방식이기 때문이다. 수명도 반영구적으로 길며, 아주 작게도 만들 수 있어 사물인터넷이나 웨어러블 디바이스 전원으로 주목받고 있다.
그러나 물질 속에 전기를 저장하는 리튬이온전지 같은 이차전지보다는 단위 질량당 에너지 저장 용량이 떨어지는 한계가 있다.
연구팀은 물질 표면과 내부에 모두 에너지를 저장할 수 있는 페로브스카이트 산화물 기반 전극 활물질을 이용해 슈퍼커패시터의 에너지 저장 능력을 끌어올렸다. 슈퍼커패시터와 이차전지의 에너지 저장 방식을 모두 쓰는 것이다.
물질 내부 산소 음이온은 이차전지 리튬 양이온과 유사한 역할을 해 물질 속에 전기 에너지를 저장하며, 내부에서 흘러나온 코발트(Co)는 산화 과정을 거쳐 표면에 전기 에너지를 저장한다.
이 물질을 전극에 코팅한 플렉서블 슈퍼커패시터는 기존 페로브스카이트 소재를 적용했을 때보다 60% 정도 향상된 단위 질량당 에너지 밀도를 기록했다. 또 구부리거나 비틀어도 안정적인 성능을 유지했다.
장 교수는 "이번 연구로 물질의 모든 부분을 에너지 저장에 쓸 수 있다는 사실을 밝혔다"며 "이차전지와 슈퍼커패시터의 한계를 보완하고 장점만 취사선택해 신개념 에너지 저장 장치 개발의 새 방향성을 제시했다"고 말했다.
연구는 에너지 분야 국제 학술지인 '에이씨에스 에너지 레터스'(ACS Energy Letters)에 표지 논문으로 선정, 13일 자로 온라인 출판됐다. 연구 수행은 한국연구재단 중견 연구자 지원 사업과 온사이트 수소충전소를 위한 광전기화학 수소생산기술 및 시스템 개발 사업 지원으로 이뤄졌다.