대구대 "합금 입자 위치 따라 성능 달라진다"…에너지 저장 장치 성능↑

국내 대학 연구진이 차세대 에너지 저장 장치의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 나노 소재 표면·계면 설계 기술을 개발했다.

대구대학교는 김보혜 화학교육과 교수 연구팀이 바나듐(V)·망간(Mn)·아연(Zn)·루테늄(Ru) 기반 중엔트로피 합금 나노입자와 관형 탄소나노섬유를 결합한 고성능 전극 소재를 개발하고, 관련 연구 성과를 탄소 소재 분야 학술지 '카본'(Carbon, IF 12.7)에 게재했다고 21일 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 나노입자의 공간적 위치 제어다. 연구팀은 나노입자가 탄소나노섬유 내·외부 중 형성되는 위치를 정밀하게 조절하고, 구성 원소 간 상호작용을 분석했다. 그 결과 동일한 조성과 함량을 가진 합금이라도 나노입자의 위치에 따라 에너지 저장 성능에 상당한 차이가 발생한다는 지점을 규명해 냈다.

단순히 표면적을 넓히는 기존 방식에서 벗어나 나노입자의 배치와 계면 전자구조를 종합 고려한 전극 설계 기준을 제시했다는 점에서 기술적 의의가 크다는 평가다. 지난해 고엔트로피 소재 연구에 이어 2년 연속 '카본'지에 성과를 실은 연구팀의 이번 기술은 전기차 회생제동 시스템, 신재생에너지 완충 장치, 산업용 비상 전원(UPS) 등 고성능 슈퍼커패시터 분야에 적용이 가능할 전망이다.

특히 이번 논문의 제1저자급 핵심 연구자로 참여한 김가원 석사과정 연구원(2학기)은 학부 3학년 시절부터 교내 ACE 연구실에서 실험과 분석을 주도하며 성과를 이끌어냈다.

김 교수는 "학부 시절부터 이어진 주도적인 연구 활동이 상위 저널 게재라는 결과로 이어졌다"며 "학생들이 독립적인 연구자로 성장할 수 있도록 지원을 계속할 것"이라고 말했다.