서울대 연구팀, 차세대 전지기술 '슈퍼커패시터' 작동원리 규명

입력 2019.03.04. 19:28 수정 2019.03.04. 20:06 

        

서울대 연구팀이 차세대 전지기술로 주목받는 슈퍼커패시터에 이온성 액체를 전해질로 사용했을 때의 작동원리를 분자 수준에서 규명하는 데 성공했다.

정 교수 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 방법의 하나인 분자동역학법을 이용해 이온성 액체 슈퍼커패시터 내부에서 반대 전하 이온 간의 흡착보다 같은 전하 이온 사이의 탈착이 전지 효율에 더 중요하다는 사실을 발견하고, 이를 '비움효과'(vacating effect)라고 명명했다. 

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이온성 액체 사용 시 분자수준의 작동원리 밝혀내

이온성 액체를 전해질로 활용한 슈퍼커패시터 개념도 [서울대 제공]

(서울=연합뉴스) 김철선 기자 = 서울대 연구팀이 차세대 전지기술로 주목받는 슈퍼커패시터에 이온성 액체를 전해질로 사용했을 때의 작동원리를 분자 수준에서 규명하는 데 성공했다.

서울대는 이 학교 화학부 소속 정연준 교수 연구팀이 발표한 연구 논문이 영국왕립화학회가 발간하는 물리화학 분야 학술지인 '물리화학 화학물리학'(Physical Chemistry Chemical Physics) 3월호 표지 논문으로 선정됐다고 4일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 고성능 전기저장 장치 또는 대용량 축전지로 불리는 에너지 저장장치(ESS)다. 기존 이온 배터리에 비교해 충·방전 속도가 빠르고, 수명이 길며, 출력 밀도도 더 높아 차세대 전지로 분류되고 있다.

슈퍼커패시터 내부에 주입되는 전해질로는 높은 전압에서도 안정적인 이온성 액체가 주로 활용되는데, 이 이온성 액체 내부 분자 운동 방식과 슈퍼커패시터의 효율성 간의 상관관계는 아직 밝혀지지 않았다.

정 교수 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 방법의 하나인 분자동역학법을 이용해 이온성 액체 슈퍼커패시터 내부에서 반대 전하 이온 간의 흡착보다 같은 전하 이온 사이의 탈착이 전지 효율에 더 중요하다는 사실을 발견하고, 이를 '비움효과'(vacating effect)라고 명명했다.

연구팀은 또 이온성 액체의 전극 표면에 있는 이온뿐만 아니라 시스템 전체 이온들의 운동을 통해 더 빠른 속도로 충·방전이 일어날 수 있다는 점도 이론적으로 밝혔다.

정 교수는 "이온성 액체 슈퍼커패시터 작동에 대한 분자 수준의 이해를 진일보시켰다"며 "이온성 액체를 활용한 슈퍼커패시터와 전자기기의 성능 향상에 기여할 수 있을 것"이라고 기대했다.

kcs@yna.co.kr