IBS, 전기·수소차용 '대용량 배터리' 개발

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단이 높은 에너지 밀도와 고출력을 가진 슈퍼커패시터(Supercapacitor)를 개발했다고 12일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 용량이 큰 전기 저장장치를 말하며, 전기·수소연료자동차의 핵심기술이다.

이번에 개발한 슈퍼커패시터는 탄소나노튜브를 그래핀 사이에 수직으로 자기 배열해 이온이 출입하도록 기공을 만들고, 최대한 넓은 표면이 이온을 흡착시키도록 3차원(D) 구조로 설계됐다.

연구팀에 따르면 수용액 속에서 CTAB(양이온계면활성제)라는 고분자를 탄소나노튜브에 흡착시키면 탄소나노튜브표면이 플러스(+) 전기를 띠게 된다.

여기에 마이너스(-) 전기를 띠고 있는 산화흑연을 넣으면 자기조립에 의해 섞이게 된다. 이때 탄소나노튜브는 흑연판 사이에 수직으로 정렬해 3차원 탄소나노튜브·그래핀 빌딩구조를 만들게 된다.

이 구조는 이온의 이동이 용이하도록 이동경로를 제공하고, 탄소나노튜브와 그래핀 판을 골고루 분산시킴으로써 표면적을 최대화시켜 이온을 흡착시킨다.

이 결과 부피당 최대 출력밀도와 최대 에너지밀도 값을 얻었다. 또 무게당 최대 출력밀도와 최대 에너지 밀도도 얻었다.

이는 리튬이온전지 에너지밀도에 버금가는 값으로 이제까지 보고된 어떤 값보다 크다고 연구진은 설명했다

이영희 IBS 나노구조물리연구단장은 "이번 연구는 슈퍼커패시터를 직접 전기자동차에 사용할 수 있는 계기를 마련해준 것"이라며 "전기자동차 실용화에 한걸음 다가가게 한 중요한 사례이며 현재 관련회사와 두께를 늘이는 실용화 기술 개발을 협의 중이다"라고 말했다.

이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 나노과학 분야 국제학술지 에이씨에스 나노5 6일자 온라인판에 게재됐다.