에너지저장 한계 높인 콘덴서용 그래핀 합성기술 개발

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한국세라믹기술원은 노광철 박사팀과 연세대학교 김광범 교수 공동연구팀이 에너지저장 한계를 높이고 대량 생산할 수 있는 슈퍼커패시터용 그래핀 합성기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 

슈퍼커패시터는 커패시터(콘덴서)의 성능 중 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로 충전지 역할을 하고 전자 회로를 안정적으로 동작시키는 필수 부품이다.

그래핀은 흑연에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 층으로 강도는 강철보다 100배 강하고 면적 20%를 늘릴 만큼 신축성이 좋다.

특히 열전도율이 구리의 10배나 되고 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명해 반도체 정보 처리속도를 획기적으로 높여준다.

이에따라 고성능 태양전지 개발·유기 반도체 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 물질이다.

기존 그래핀은 2D 구조로 전기를 저장할 수 있는 면적이 좁은 등 에너지저장 성능이 낮았다.

연구팀은 에너지저장 성능을 높이려고 그래핀 옥사이드(흑연을 산으로 산화시켜 표면이 산소로 일부 치환된 형태)에 금속 산화물 촉매반응을 통해 그래핀 상 균일한 나노천공인 다공성 구조로 합성해 정전용량을 높였고 대량생산도 가능하도록 했다.

금속 산화물 촉매반응이란 그래핀에 금속 산화물을 붙여 산화시킴으로써 구멍을 내 면적을 넓히는 것이다.

공동연구팀은 나노천공 그래핀(표면에 균일한 크기의(20nm 이하) 나노천공이 된 그래핀) 합성기술은 대량생산이 가능하고 기존 그래핀의 한계를 극복할 수 있는 단서를 제공한다고 설명했다.

이번에 개발한 기술을 슈퍼커패시터 전극 재료에 적용할 때 뛰어난 에너지/출력 밀도(전지나 연료의 효율을 나타내는 지표로 높을수록 대용량과 빠른 충전속도를 가짐) 특성을 갖는 것을 입증했다.

슈퍼커패시터는 풍력·태양광 등 신재생에너지 분야와 에너지저장장치(ESS), 자동차 제동에너지 회생 등 다양한 분야에 적용된다.

세계시장은 1조 수준으로 추정된다.

이번 성과를 바탕으로 국내 산업체가 상용화하면 세계시장 선점이 가능할 것으로 공동연구팀은 예상한다.

이번 연구개발 결과는 영국 왕립화학회에서 발간하는 과학저널 '에너지와 환경 과학' 4월호 표지 논문으로 게재됐다.

Period2016 May 2

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