국내 대학 연구팀이 감마선을 이용해 차세대 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터의 성능과 내구성을 높일 수 있는 전극 소재를 개발했다. 새로운 전국 소재는 고출력과 장수명을 동시에 만족시킬 수 있는 기술이라 전기차와 로봇, 신재생에너지 분야에 활용될 가능성이 높다는 평가가 나온다.

전북대는 김정길 이차전지공학과 교수와 길명섭 유기소재섬유공학과 교수 연구팀이 감마선 조사 기술을 활용한 고성능 슈퍼커패시터 전극 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 일반 배터리보다 충·방전 속도가 빠르고 출력이 높아 전력 사용량 변화가 큰 에너지 시스템이나 순간적인 고출력이 필요한 장비에 활용되는 차세대 저장장치다. 다만 에너지 저장 능력을 높이면서도 장기 안정성을 확보하는 것이 과제로 꼽혀왔다.

연구팀은 탄소나노섬유 표면에 코발트를 도입한 뒤 감마선을 조사해 탄소와 금속이 균일하게 결합된 나노구조 전극을 구현했다. 기존 방식에서 나타나던 금속 입자 응집 문제를 줄이고 전자 이동 효율을 높인 것이 특징이다.

실험 결과 개발된 전극은 높은 출력밀도와 에너지 밀도를 동시에 구현했으며, 2만회 이상 충·방전한 뒤에도 초기 용량의 97%를 유지하는 것으로 나타났다. 연구팀은 감마선 조사량을 조절해 동일한 소재를 양극과 음극에 각각 최적화할 수 있는 가능성도 확인했다.

김 교수는 “감마선 조사 기술을 활용해 탄소와 금속 간 결합 구조를 정밀하게 제어할 수 있음을 확인했다”며 “에너지 저장 소재 설계와 성능 향상에 새로운 가능성을 제시한 연구”라고 말했다.

연구 결과는 복합재료 분야 국제학술지 Composites Part B: Engineering에 게재됐다. 이번 연구에는 전북대 이차전지공학과 채수형 박사가 제1저자로 참여했다.

한편 전북대는 미래 에너지 산업 수요에 대응하기 위해 올해 이차전지공학과를 신설하고 전문 인력 양성에 나서고 있다.