수십 초 만에 충전 뚝딱..물 기반 저장소자 개발

KAIST·강원대 공동 연구.."출력 밀도도 좋아"

물 기반 융합에너지 저장소자 모식도(위)와 최적화한 그래핀 기반 고분자 사슬 음극(왼쪽 아래)·나노 이하 금속 산화물 양극 표면 이미지 [KAIST 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 강정구 EEWS대학원 교수 연구팀이 수십 초안에 급속 충전을 할 수 있는 물 기반 융합에너지 저장소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

전력을 모아뒀다가 필요할 때 쓰는 에너지 저장장치(ESS)는 전력 효율화 방안 중 하나로 최근 개발·설치가 활발하게 진행 중이다.

현재 ESS는 대부분 리튬이온 전지를 사용하는 전기 화학적 방식 시스템으로 상용화했다.

이는 유해성 문제, 낮은 전력 밀도, 긴 충전 시간 등 문제점을 가지고 있다.

학계에서 연구 중인 기존 물 기반 ESS는 친환경적인 데다 상대적으로 제작이 쉬우나 낮은 구동전압과 음극 재료 부족으로 에너지 밀도가 낮고 급속 충전에 한계가 있다.

실험을 통해 구동된 연구팀의 저장소자. 휘어지는 태양전지를 통해 수십 초 충전 후에도 구동할 수 있다고 KAIST는 설명했다. [KAIST 제공=연합뉴스]

연구팀은 전극 표면에서 빠른 속도로 에너지를 교환하는 한편 양극 사이 에너지 손실을 최소화해 고성능 물 기반 에너지 저장장치를 구현했다.

에너지 저장소자는 고용량과 함께 높은 에너지·출력 밀도를 보인다고 연구팀은 설명했다.

최대 출력 밀도의 경우 기존 물 기반 배터리보다 100배 이상 높았다.

여기에 더해 음극과 양극의 물리적 균형을 바탕으로 매우 안정적인 충·방전 결과를 보였다.

연구팀은 10만 번 이상의 높은 충·방전 전류에서도 용량이 100％ 유지되는 것을 확인했다.

USB 충전기나 소형 태양전지 등 저전력 충전 시스템을 통해서도 20∼30초 안에 충전할 수 있었다.

저장소자의 에너지 밀도, 출력 밀도, 안정성 그래프 [KAIST 제공=연합뉴스]

강 교수는 "고용량·고안정성 특성을 고려하면 물 기반 에너지 저장장치 상용화에 기여할 것으로 기대하는 기술"이라며 "저전력 충전 시스템을 통해 급속 충전이 가능한 만큼 휴대 가능한 전자 기기에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

강원대 정형모 교수와 공동으로 진행한 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단 지원을 받아 수행했다.

KAIST 강정구 교수(오른쪽)와 옥일우 박사과정 [KAIST 제공=연합뉴스]

옥일우 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 논문은 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 지난달 15일 자에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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