아주대, 친환경 소재로 장수명 슈퍼커패시터 전해질 첨가제 개발

충·방전 3만회에도 성능 유지, 산업적 확장성 확보
천연 바이오 고분자 기반, 친환경·저비용 공정 가능

아주대학교 전경.

아주대학교(총장 최기주)는 윤태광 응용화학과 교수 연구팀은 천연 고무와 해조류 추출물로 구성된 친환경 전해질 첨가제를 개발해 슈퍼커패시터의 성능과 수명을 획기적으로 개선하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

슈퍼커패시터는 리튬을 사용하지 않아 안전하고 친환경적이며, 고속 충·방전과 반영구적 수명을 갖춘 차세대 에너지 저장 장치로 각광받고 있다.

하지만 전극과 전해질 사이의 계면이 시간이 지남에 따라 불안정해지고, 부산물이 축적되면서 성능 저하 문제가 발생해 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 천연 고무 유래 물질인 콘다고구검(gum kondagogu)과 해조류에서 추출한 알긴산나트륨(sodium alginate)을 활용해 KS(gum kondagogu/sodium alginate) 첨가제를 개발했다.

이 바이오 고분자 첨가제는 수계 전해질에서도 뛰어난 용해도와 이온 전도성을 보이며, 계면 반응을 안정화하는 데 효과적이다.

실험 결과 황산(H₂SO₄) 기반 전해질에 KS 첨가제를 소량 투입했을 때 3만 회 이상 충·방전 후에도 용량 유지율이 기존 58%에서 93%로 향상됐다. 이는 전극 표면에 형성된 보호층이 부산물 생성을 억제하고, 이온과 전자의 원활한 이동을 가능하게 만든 결과다.

KS 첨가제는 기존 화학 합성 첨가제에 비해 공정이 간단하고, 재활용이 가능하며 저렴한 원료로 구성돼 대량 생산과 산업적 확장이 용이하다.

또 유연성과 대면적 제조 가능성이 높아 웨어러블 전자기기부터 대규모 에너지 저장 시스템에 이르기까지 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.

윤태광 교수는 “전극-전해질 계면의 안정성을 획기적으로 개선한 이번 연구는 친환경적이면서 산업적 확장성까지 갖춘 에너지 저장 기술을 제시한 것”이라며 “향후 다양한 분야로의 응용을 위해 후속 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 비롯해 영국 글래스고 대학교 스타트업 펀드 및 AMRITA Seed Grant의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 성과는 에너지 저장 소재 분야의 권위 있는 국제학술지 'Energy Storage Materials' 4월호 온라인판에 게재됐다.

수원=김동성 기자 estar@etnews.com