국내 연구진이 영하 80도의 극저온 환경에서 효율적으로 전기에너지를 수확하고 저장할 수 있는 친환경 기술을 개발했다.
한국연구재단은 임진형 국립공주대 신소재공학부 교수 연구진이 친환경적 소재로 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재를 적용해 극저온에서 효과적으로 작동할 수 있는 슈퍼 커패시터 하이브리드 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다. 슈퍼 커패시터는 많은 에너지를 모아두었다가 수십 초 또는 수 분 동안 높은 에너지를 발산하는 에너지 저장장치를 말한다.
기후 변화로 인해 이상 저온 지역에서 극한 온도를 견딜 수 있는 효율적인 에너지원의 확보는 필수적이다. 대표적인 에너지 저장장치로 꼽히는 이차전지의 경우, 온도가 감소할수록 전지 내부저항이 급격하게 증가하면서 리튬이온의 이동성이 현저하게 감소한다. 이때 발생하는 급격한 에너지와 전력 감소는 안정성 문제로 이어진다. 더불어 지금까지 극저온 에너지 수확과 저장장치에 관한 연구는 초기 단계로 성과가 미비한 상황이다.
연구진은 극저온 환경에서 전기에너지 저장장치의 낮은 전하 이동도와 안정성 한계를 개선한 새로운 자가 충전 에너지 저장장치 시스템을 제안했다. 시스템의 주 전극 재료로 사용된 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재가 화학적으로 안정적이면서 고효율로 동작할 수 있는 조성을 탐색하고, 실험을 거쳐 영하 80도에서도 안정적으로 무선 신호를 발생하는 자가 구동형 소자를 시연하는 데 성공했다.
자가 구동형 소자를 적용한 시스템은 웨어러블 장치로도 활용할 수 있고, 일반적인 인간의 움직임에 의해 구동되는 에너지 수확·저장 기능도 할 수 있다.
연구진은 "본 연구를 통해 개발한 전기에너지 발생·저장 소자는 극저온에서는 좋은 성능을 보이지만, 영하 200도에서 영상 200도까지의 극한계 온도 영역에서 동작하는 기능이 필요하다"며 "후속 연구를 통해 관련 연구를 계속 진행할 계획"이라고 전했다.
이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 이달 15일 게재됐다.
참고 자료
Chemical Engineering Journal(2024), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148929