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순천대 인쇄전자공학과 연구팀, 첨단 에너지 소재 개발로 학계 주목

- 카본섬유에 기반한 고용량 슈퍼카파시터(Supercapacitor)용 바나듐황화물 복합 에너지 소재 개발, 향후 에너지 첨단 분야 활용 가능성 무궁무진

순천대학교(총장 고영진) 인쇄전자공학과 전기전자재료연구실 김병철 교수 연구팀 연구원 마니박사가 재료공학 분야 세계 수준의 학술지 ‘Advanced Functional Materials Journal (IF 15.621)’ 온라인판 최근호에 ‘슈퍼카파시터(Supercapacitor)용 에너지 소재 개발’과 관련한 논문을 게재해 학계의 주목을 받고 있다.

배터리 사용시간과 충전시간 부족을 해결할 획기적 기술로 주목받는 슈퍼카파시터(SuperCapacitor)는 순간적으로 고출력 전기를 보낼 수 있는 에너지 저장장치로, 현재 2차 전지의 성능을 보완하거나 급가속 등 순간적으로 고출력이 필요한 분야에서 사용되며 폐기물을 줄이고 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 배터리 기술로 떠오르고 있다.

순천대 연구팀은 한국연구재단(NRF)의 대학중점연구소지원사업과제와 미래소재디스커버리사업과제 지원으로 수행한 연구를 통해, 최근 슈퍼카파시터용 전극 소재로 주목 받고 있는 바나듐계열의 황화물(VS4)을 in situ 열화수화법에 의해 성장시켜 별도 결합제를 사용하지 않고 카본섬유에 도입하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구는 전기화학적으로 탁월한 성능과 전극 소재의 유연성, 경량화를 동시에 구현해냄과 동시에 전극 재료와 에너지 저장 구조체의 저장능력과 안정성까지 향상시킬 수 있는 결과를 제시했다.

특히 고유의 삼차원적 구조를 지닌 카본섬유를 사용해 표면적을 증가시키면서도 높은 출력 정전용량을 유지하고, 고용량 에너지 밀도를 구현할 수 있는 바나듐 황화물 합성 제조를 위한 최적의 반응 조건과, 전극 재료의 대량제조 가능성까지 발견해 주목을 받았다.

또한, 이 재료를 이용해 조립된 슈퍼카파시터 셀은 높은 부하 전압에서 1천번 이상의 반복된 충천 및 방전 안정성 실험을 통해 93%의 정전용량을 유지하는 능력을 갖춰 매우 실용적이고 안정성 있는 전극 재료임을 증명했다.

연구 결과는 향후 고출력, 고용량 에너지 성능을 추구하는 전기자동차, 대용량 전기저장장치(ESS)는 물론 로봇산업 등 고부가 가치를 지닌 다양한 전자부품과 동력장치 첨단 분야에서 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

연구를 책임 지도한 김병철 교수는 “나노 기술과 재료 과학 융합으로 얻게 된 결과들을 더욱 발전시켜 혁신적인 에너지 저장 소재를 위한 원천기술을 확보하고, 이를 기반으로 차세대 국가 미래산업을 위한 첨단 부품 소재 기술을 실용화하는데 더욱 기여할 계획”이라고 밝혔다.