부산대학교 재료공학부 이정우 교수 연구팀은 높은 에너지 밀도를 갖는 슈퍼커패시터 음극 소재 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.

슈퍼커패시터(super capacitor)란 전기 에너지를 저장하는 장치를 말하며, 최근 재생에너지 저장장치 필요성 증대에 따라 기존 시스템의 안정성과 효율 역시 개선이 필요했다.

현재 대중적인 에너지 저장장치인 배터리는 출력 부족 문제로 재생에너지의 저장장치로서 역할을 하기 어렵고, 짧은 수명 때문에 유지 보수 비용도 높았다.

이에 부산대학교는 배터리의 한계를 뛰어넘는 고출력·고효율의 슈퍼커패시터를 개발했다.

슈퍼커패시터는 고출력 및 고속 충·방전 능력과 더불어 수명이 길어 효율적인 재생에너지 저장 장치로서 적합하다는 평가를 받는다.

부산대학교가 개발한 슈퍼커패시터 음극재 구조 [부산대학교 제공]

또 전력 소모가 적은 시간대에 인위적으로 부하를 증가시켜 전체 부하 변동량을 고르게 하는 방법인 ‘부하 평준화’를 위해 필요한 고출력 장치로서의 특성도 갖추고 있다.

그러나 이전에 개발된 슈퍼커패시터는 전극 표면에만 전하를 저장해 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있어 표면적을 넓히고 전기전도성을 높이는 추가적인 연구가 필요했다.

이에 부산대 교수팀은 전기전도도가 우수하고 표면적이 넓은 이상적인 2차원 소재 ‘그래핀’을 사용해 산화철과의 하이브리드 구조를 만들면서 문제를 해결했다.

연구진은 해당 소재를 통해 제작된 비대칭 슈퍼커패시터에서 우수한 에너지 및 출력 밀도를 확인했으며, 실제 LED 발광소자에도 적용 가능했다고 밝혔다.

또 연구진은 해당 슈퍼커패시터가 상용화되면 전기자동차 배터리로 인한 화재나 긴 충전 시간 등의 문제를 해결하는 대안이 될 것으로 기대했다.

이정우 부산대 교수는 "이번 연구는 철을 기반으로 한 소재가 슈퍼커패시터 및 에너지 저장 분야에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다"라고 말했다.

이어 "환경친화적이고 경제적인 에너지 공급을 위한 노력의 하나로 재생에너지가 갖는 문제에 솔루션을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 차세대 에너지 저장 시스템의 효율성을 높이는 데도 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.