국내 연구진이 이차전지가 극복해야할 저온에서의 성능 저하 및 안정성 문제를 해결할 수 있는 소재를 개발했다.

한국연구재단은 공주대 임진형 교수 연구팀이 친환경적 소재로 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재를 적용해 영하 80도의 극저온 환경에서도 전기에너지를 효율적으로 수확하고 저장할 수 있는 수퍼캐퍼시터 하이브리드 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다.

기후변화로 인한 이상 저온 지역에서의 위기상황에서 극한 온도를 견딜 수 있는 효율적인 에너지원의 확보는 필수적이다. 

대표적인 에너지 저장장치로 꼽히는 이차전지의 경우, 온도가 감소할수록 전지 내부저항이 급격하게 증가하면서 리튬이온의 이동성이 현저하게 감소하는데, 이때 발생하는 급격한 에너지 및 전력 감소는 안정성 문제로 이어졌다. 더불어 현재까지의 극저온 에너지 수확 및 저장장치에 관한 연구는 초기 단계여서 성과가 미비한 상황이다.

연구팀은 극저온 환경에서 기존 전기에너지 저장장치를 사용하는데 있어 큰 장애로 여겨졌던 저온에서의 낮은 전하 이동도와 안정성 문제에 대한 해결책을 제시, 극한 온도에서도 활용 가능한 새로운 자가 충전 에너지 저장장치 시스템을 제안했다. 

시스템의 주 전극 재료로 사용된 개질된 사이클로덱스트린계 핵심 소재가 화학적으로 안정적이면서 고효율로 동작할 수 있는 조선 신호를 발생하는 자가 구동형 소자를 시연할 수 있었다.

자가구동형 소자가 적용된 시스템은 웨어러블 장치로도 활용할 수 있어 일반적인 인간의 움직임에 의해 구동되는 에너지 수확·저장 기능의 수행도 가능하다.

연구진은 “본 연구를 통해 개발된 전기에너지 발생·저장 소자는 극저온에서는 좋은 성능을 보이지만, 동작 온도의 범위를 확대한 극한계 온도(영하 200도~ 영상 200도) 영역에서 동작하는 기능이 필요하다”며, “후속 연구를 통해 관련 연구를 계속 진행할 계획”이라고 설명했다.

한편 이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 2월15일 게재됐다.