핸드폰 충전속도 이렇게 하면 빨라진다…KAIST, 에너지 효율 비밀 해소

국내 연구진이 휴대전화 충전부터 수소 생산까지 에너지 기술 속도를 높일 수 있는 원리를 밝혀냈습니다.

한국과학기술원(KAIST)은 화학과 김형준 교수 연구팀이 포항공과대학교, 울산과학기술원 연구진과 함께 전극과 전해질이 맞닿는 얇은 경계면인 '전기 이중층'에서 분자 구조가 어떻게 바뀌는지 규명했다고 지난 30일 밝혔습니다.

전기 이중층은 배터리 충전이나 수소 생산 같은 전기화학 반응이 일어나는 초미세 공간으로, 내부 물 분자와 이온의 배열이 반응 경로와 속도를 결정합니다.

전해질 농도가 높아질수록 전기 저장 능력을 나타내는 그래프가 두 봉우리의 '낙타 모양'에서 한 봉우리의 '종 모양'으로 바뀌는 현상은 알려져 있었지만, 왜 그런지 분자 수준에서 설명되지 못했습니다.

연구팀은 원자 수준 시뮬레이션과 실험을 통해 전압이 걸릴 때 음극에서는 물 분자들이 일정한 방향으로 재배열되고, 양극에서는 음이온들이 표면에 밀집하는 현상이 나타난다는 사실을 확인했습니다.

이 두 변화가 각각 그래프의 봉우리를 만들고, 전해질 농도가 높아지면 두 봉우리가 하나로 합쳐지면서 그래프 모양이 바뀐다는 설명입니다.

연구팀은 또 전압과 전해질 농도에 따라 전기 이중층 구조가 어떻게 달라지는지 한눈에 볼 수 있는 '상도표'를 세계 최초로 제시하고, 실시간 적외선 분광 실험으로 이를 검증했습니다.

김형준 교수는 "전기 이중층의 상전이를 정밀하게 제어할 수 있다면 배터리 충전 속도를 높이거나 수소 생산 효율을 극대화하는 등 에너지 기술의 성능을 정밀하게 향상할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 3월 7일 게재됐습니다.

[사진 출처 : 연합뉴스 / 한국과학기술원 제공]

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전동흔 기자 (east@kbs.co.kr)