[헤럴드경제=구본혁 기자] 각종 전자기기 안에서 에너지를 모았다가 필요에 따라 방출해주는 슈퍼커패시터의 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.
한국연구재단은 제주대학교 김상재<사진> 교수, 케이 카티케얀 박사, 파자말라이 파르티반 박사과정생 연구팀이 실리콘 기반 2차원물질인 실록신을 전극으로 사용해 높은 에너지밀도와 전력밀도의 고성능 슈퍼커패시터 소자를 개발했다고 1일 밝혔다.
현재 주로 사용되는 슈퍼커패시터의 소재는 실리콘 박막, 나노와이어, 나노트리, 다공실리콘, 비결정질 실리콘 등이 있는데, 이 같은 기존 소재를 이용한 성능 발전은 한계에 달한 상태다.
최근에는 새로운 소재인 그래핀, 이황화몰리브덴 등을 적용하려는 시도들도 있었지만, 기존 실리콘 기술과의 상호 호환성이 문제로 작용하고 있다.
연구팀은 나노 시트 형태의 실리콘 물질인 실록신을 전극으로 사용했다. 실록신 전극은 최대 전력밀도가 272.5 mW/cm2에 이르렀고, 이를 이용한 슈퍼커패시터는 에너지밀도가 10 mJ/cm2에 달했다. 이 값은 실리콘기반 전극을 적용한 기존 에너지저장장치의 에너지밀도가 0.1 mJ/cm2에 그치는 것에 비해 100배나 향상된 성능이다.
이 성과를 이용하면 하나의 칩 위에 센서‧시스템과 더불어 전기에너지원을 동시에 집적할 수 있다. 이를 통해 초소형 시스템을 제작할 수 있게 되므로, 웨어러블, 휴대용, 생체이식형 전자 기기에 필수적인 보조전원으로 활용될 수 있다고 연구팀은 설명했다.
김상재 교수는 “이번에 개발된 슈퍼커패시터는 높은 전력 및 에너지 밀도, 빠른 속도, 주기적 안정성의 특징이 있다”며 ”향후 실리콘 단일 칩에 전기에너지원을 결합한 집적화, 소형화 기술을 통해 전자소자의 소비전력이 획기적으로 낮춰질 것“이라고 말했다.
이번 연구성과는 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 6월호 논문으로 게재됐다.
구본혁기자nbgkoo@heraldcorp.com
