KAIST, 물에서 작동하는 급속충전 가능 전지 개발

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양극과 음극의 실제 이미지 및 실제 구동 이미지(KAIST 제공)© 뉴스1

표면이 가시로 덮여있고 코어-쉘 구조인 금속황화물 나노입자 양극과 3D 그래핀 위에 금속황화물이 올려진 음극의 합성 원리 및 수계 하이브리드 에너지 저장 장치의 구성 및 저장 메커니즘을 나타낸 모식도.(KAIST 제공) ©뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST는 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 물에서 작동하는 급속충전이 가능한 우수한 성능의 하이브리드 전지를 개발했다고 25일 밝혔다.

물에서 작동하는 금속 산화물 기반 에너지 저장 소자는 Δ안전성 Δ친환경성 Δ저렴한 가격 Δ빠른 충전-방전이 가능해 리튬 이온을 대체하면서 기존의 문제점을 극복할 수 있는 차세대 에너지 저장 소자로 주목받고 있다.

하지만, 기존의 전기 전도성이 낮은 금속 산화물은 충전-방전 속도 면에서 성능이 떨어졌고 질량 당 표면적이 낮아 많은 양의 이온이 반응하지 못하면서 고용량을 구현하기에 어려움이 있었다.

이에 강정구 교수 연구팀은 현재 전극 물질로 가장 많이 사용되고 있는 금속 산화물보다 전도성이 좋은 다가(전자를 잃고 +전기를 띠고 있는 상태)의 금속 황화물을 양쪽의 전극 물질로 활용했다.

그리고 표면적이 높은 메조 다공성의 전극 구조를 기반으로 높은 에너지 밀도와 고출력을 갖는 하이브리드 수계 이온 에너지 저장 소재를 구현했다.

이 수계 하이브리드 저장 소자는 기존의 수계 배터리에 비해 같은 수준의 저장용량을 유지하면서 100배 이상의 높은 에너지 저장용량을 보인다.

또, 기존의 리튬이온 배터리보다 높은 빠른 출력 밀도를 가진 것은 물론 고용량으로 수십 초 내 급속충전이 가능해 안전성이 요구되는 여러 에너지 저장 시스템에 활용 가능할 것으로 기대된다.

강정구 교수는 "이번에 개발된 기술은 기존보다 높은 전력 밀도와 에너지 밀도를 갖는 시스템 구현이 가능하므로 수계 에너지 저장장치의 상용화에 큰 도움이 될 것?이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 `어드밴스드 에너지 머터리얼스' 2월9일자에 게재됐다.

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