영남대학교(총장 최외출)는 류정호 신소재공학부 교수 연구팀이 세라믹 기반 강유전체 소재를 나노구조로 상온에서 코팅하고, 저온에서 열처리해 에너지 충·방전 특성을 획기적으로 개선한 신소재를 개발했다고 15일 밝혔다.
전기차나 모바일 전원으로 사용되는 배터리는 높은 에너지 저장 특성으로 오랜 시간 사용가능하지만, 순간적인 출력이 필요한 경우에는 배터리 출력이 부족하다는 단점이 있다.
이를 위해 현재는 순간적인 에너지 방출을 위해 고분자 재료를 이용한 축전기(커페시터)를 보조적으로 사용하고 있지만 온도변화에 약하고 낮은 유전특성을 지닌 소재 탓에 저장할 수 있는 에너지양이 제한적이었다.
일반적으로 완화형 강유전체는 고에너지를 충·방전할 수 있는 소재로 활용되고 있지만, 특정한 화학조성에서만 제조가 가능하다.
연구팀은 일반적인 강유전체 소재를 나노미터(㎚) 크기 미세한 결정입자와 유리질로 코팅해 복합적인 구조를 상온에서 만든 뒤, 600℃ 낮은 열처리를 통해 세라믹소재의 미세구조를 조절했다.
그 결과, 기존 완화형 강유전체 특성을 가지면서 전기 에너지 저장과 방출 특성을 획기적으로 향상 시킨 유전체 소재 개발에 성공했다. 지금까지 알려진 강유전체 화학조성으로는 완화형 강유전 특성을 가질 수 없다는 기존의 한계를 넘어 순수 강유전체 조성의 세라믹 소재를 미세구조 변화만으로 완화형 강유전체 특성을 낼 수 있게 됐다.
이번 연구결과를 응용해 다양한 강유전체 소재를 이용한 저장 축전기, 전기열량 효과를 이용하는 고체 냉각기, 물리량 감지 센서 등으로 산업적 활용이 가능하다.
류 교수는 “연구팀이 보유한 빛을 이용한 열처리 기술을 활용하면 다양한 세라믹 소재의 광학적·전기적·자기적 특성을 이용한 신소재 부품으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행됐으며, 영남대 류정호 교수, 미국 펜실베니아주립대 첸 교수·프리야 교수, 인하대 정대용 교수가 공동으로 진행했다. 연구 논문은 신소재 학문분야 국제학술지 '어드벤스드 머티리얼즈'에 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
