이영희 성균관대 교수(물리학과)팀이 스마트폰 등에 사용할 수 있는 고성능 초소형 전기 저장장치인 '마이크로 슈퍼커패시터'(micro-supercapacitor) 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 연구팀이 개발한 저장장치는 기존의 리튬이온전지보다 출력밀도가 1만배 이상 높다.
현재 스마트폰 등 소형 전자기기의 배터리로는 주로 리튬이온전지가 사용되고 있지만 충전 속도가 느리고, 반복 충전시 안정성이 떨어지는 문제가 있었다. 그 대안으로 초소형 고성능 전기 저장장치인 마이크로 슈퍼커패시터가 기대를 모아 왔으나 높은 출력에 비해 에너지 밀도가 떨어져 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.
연구팀은 나뭇잎 줄기를 모방해 이온 이동경로를 최대한 짧게 만들고 그래핀 표면에 이온을 최대한 흡착시키는 구조를 만들었다. 또 나노선을 녹여내 이온이 잘 통과하는 이동경로를 인위적으로 만들어 에너지밀도를 증가시키고 높은 출력밀도를 유지시켰다.
그 결과 부피당 최대 출력밀도와 최대 에너지밀도 값을 얻었다. 마이크로 리튬이온전지가 갖는 에너지밀도에 가까우면서도 출력밀도는 1만배 이상으로 지금까지 보고된 어떤 값보다 크다고 연구진은 설명했다.
이영희 교수는 "마이크로전지를 대체해 제작이 간편하고 폭발 위험성이 없는 마이크로 슈퍼커패시터를 직접 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 계기를 마련해준 연구"라며 "다만 전극의 두께가 지금보다 굵어야 장시간 사용할 수 있기 때문에 이를 개선하기 위한 연구를 이어갈 것"이라고 말했다.
연구결과는 에너지과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials) 20일자 온라인판에 게재됐다.
