교육과학기술부는 6월 3일 "기후 변화 대응 기술 개발 사업의 지원을 받은 KAIST 최장욱 · 강정구 교수와 정형모 연구원 공동 연구팀이 고용량의 플렉시블한 초용량 축전지(슈퍼 커패시터Super Capacitor)를 제조하는 기술을 개발하는 데 성공했다"라고 밝혔다. 초용량 축전지란, 에너지 저장 용량은 작지만 출력이 큰 기존 축전지의 에너지 저장 용량을 향상시켜 전지와 축전지의 장점을 모두 지닌 소자를 말한다. 기존 축전지는 전지에 비해 출력이 좋지만, 에너지 저장 용량은 작았다. 이에 연구팀이 새로운 탄소 나노 재료(탄소 나노 튜브, 그래핀)를 이용한 연구를 통해 에너지 저장 용량을 눈에 띄게 향상시킨 것이다.
초용량 축전지(Super Capacitor)는 에너지 저장 용량은 작지만 출력이 큰 기존 축전지의 에너지 저장 용량을 향상시킨 소자로 전지와 축전지의 장점을 모두 갖는다. 기존 축전지는 이차 전지에 비해 출력 특성이 좋지만, 에너지 저장 용량은 작은 것이 단점으로 지목돼 왔다. 이를 없애고자 KAIST 최장욱 · 강정구 교수와 정형모 연구원 공동 연구팀이 새로운 탄소 나노 재료를 이용해 에너지 저장 용량을 눈에 띄게 높인 초용량 축전지 제조 기술을 개발한 것이다. 특히, 최근 전기 자동차와 스마트 그리드에 대한 높은 관심으로 초용량 축전지는 더욱 중요해졌다. 초용량 축전지 제조 기술 연구는 미래 소재로 알려진 그래핀Graphene으로 구현한다. 연구의 핵심은 탄소로만 이루어진 그래핀에 질소 원소를 가미(도핑)함으로써 에너지 저장 용량을 높인 것이다.
꿈의 신소재 그래핀 | 그래핀은 흑연의 탄소 원자배열과 같은 모양이며 원자 하나 정도 두께인 2차원 탄소 나노 구조체다. 보통 흑연 층에서 한 원자 층을 벗겨낸 것이라 생각하면 이해하기 쉽다. 그래핀의 표면은 전자가 매우 빠르게 이동하므로 전도성이 매우 좋으며, 특이한 구조로 인해 흥미로운 전기적 특성을 띤다. 이렇듯 전기적으로 탁월한 특성과 지구에 존재하는 가장 얇고 튼튼한 나노 물질이라는 점으로 말미암아 많은 사람이 그래핀을 전자 소자와 휘어지는 디스플레이에 적용하려는 연구에 한창이다. 이외 다수의 응용 분야에 적용할 수 있기에 실리콘을 대체할 유력한 후보로 생각한다. 꿈의 신소재라고도 불리는 그래핀은 얼마 전 다수의 과학자에게 노벨상을 안겨주었다
플라즈마 법을 이용한 질소 도핑 그래핀 | 그래핀을 이루는 육각형 그래파이트Graphite(흑연의 암회색) 층의 탄소 자리에 질소가 치환된 상태며, 이 부분에 전하를 띠는 입자와 잘 결합하는 3가지 구조의 탄소-질소 결합 형태가 존재한다. 탄소-질소 결합은 전하를 모으는 에너지 저장 장소로, 그래핀의 가장자리(Edge)뿐만 아니라 그래핀의 기저면(Basal Plane)인 표면 위에도 존재해 초용량 축전지의 성능을 크게 향상시키는 역할을 한다. 질소를 도핑한 그래핀 축전지는 도핑하지 않은 경우와 비교해 전해액의 이온과 더 잘 결합해 4배 정도 많은 양의 에너지를 저장한다. 이 에너지 저장 용량은 기존 다른재료로 구현한 축전지보다 저장 용량이 2배 이상 높다. 연구에서 그래핀 축전지는 23만 회에 걸친 충 · 방전 평가에도 매우 안정적으로 작동해 성능이 떨어지지 않았다. 또한 그래핀 자체의 유연한 성질을 이용해 구부러지는 축전지로도 구현했다. 이것은 그래핀 축전지가 의복 등 착용 가능한 에너지 저장수단으로 구현할 수 있음을 뜻한다. 연구에서 질소를 그래핀 가장 자리뿐만 아니라 면 중앙 부분에도 도핑할 수 있음을 확인했다. 가장 자리에만 도핑이 가능할 것이라는 기존 연구 결과를 뒤집는 결과여서 더욱 주목을 받는다. 연구 결과는 나노 과학 분야에서 세계적으로 권위를 인정받는 미국《나노 레터스Nano letters》지誌 온라인 판에 최근 소개됐다. 2010년 7월에 대학원에 부임해 1년도 안 되는 짧은 기간에 연구 성과를 이뤄 주목받은 최장욱 교수는 "이 연구를 통해 앞으로 그래핀을 이용한 초용량 축전지가 차세대 전기 자동차와 스마트 그리드 등에 응용돼 고출력 에너지 저장 장치로써 중요한 역할을 할 것으로 기대한다"라고 연구의 의의를 밝혔다.
장바구니
주문내역
: 
