기존 대비 90% 이상 성능 향상…연구 진행 예정
코발트 도핑으로 전기화학적 특성 극대화
국내 연구진이 우수한 전기화학적 특성을 가진 복합 나노 신소재를 개발했다. 이 신소재는 미래 에너지 저장 기술인 슈퍼 커패시터와 수소 생산용 양극에 모두 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
아주대학교는 서형탁 첨단신소재공학과 교수팀이 전기화학적 활성이 탁월한 니켈, 바나듐, 코발트 셀레나이드(Co(M)-NiSe₂-VSe₂)의 사성분계 2차원 나노시트 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.
슈퍼 커패시터는 빠른 충·방전, 긴 수명, 높은 안전성을 가진 에너지 저장기술로, 전기차, 휴대용 전자 장치, 재생 에너지 시스템 등에 활용한다. 청정 수소 생산을 위한 수전해 기술은 물을 전기분해해 수소와 산소를 생산하는 방식으로, 고효율 전극 구현이 필요하다.
연구팀이 개발한 꽃 모양의 나노시트 구조 소재는 하이브리드 슈퍼 커패시터 및 수전해 산소 발생 반응에서 동시에 탁월한 성능을 보였다.
슈퍼 커패시터는 빠른 충·방전, 긴 수명, 높은 안전성을 가진 에너지 저장기술로, 전기차, 휴대용 전자 장치, 재생 에너지 시스템 등에 활용한다.
청정 수소 생산을 위한 수전해 기술은 물을 전기분해해 수소와 산소를 생산하는 방식으로, 고효율 전극 구현이 필요하다.
연구팀이 개발한 꽃 모양의 나노시트 구조 소재는 하이브리드 슈퍼 커패시터 및 수전해 산소 발생 반응에서 동시에 탁월한 성능을 보였다.
슈퍼 커패시터 적용 시 38.73와트시퍼킬로그램(Whkg⁻¹)의 고에너지 밀도로 기존 상용 소자 대비 약 90% 이상의 성능 향상을 달성했으며, 1만회의 충·방전 후에도 90% 이상의 용량을 유지했다.
수전해 양극 소재로 적용 시, 단위 제곱센티미터 면적당 10밀리암페어(mA) 기준 전류 밀도에서 199밀리볼트(mV)의 과전위와 전류밀도 10배 상승당 28mV의 Tafel 기울기를 기록했다.
연구팀은 이러한 특성이 코발트 도핑의 시너지 효과 때문임을 밀도 함수 이론(DFT) 계산으로 확인했다.
서형탁 교수는 “이 소재는 전기차 및 그리드 시스템의 차세대 에너지 저장 시스템과 수소 생산용 수전해 장치의 전극으로 활용될 수 있을 것”이라며 “향후 상용화를 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
이 연구는 화공분야 저널인 '케미컬 엔지니어링 저널' 온라인 최신판에 게재됐다.
수원=김동성 기자 estar@etnews.com
