▲ 에너지 저장 구조 복합재 개념도와 제작품

국내 연구진이 탄소복합재를 활용해 기계적 하중을 견디며 에너지를 저장할 수 있는 적층형 에너지 저장 구조재를 개발, 다양한 친환경 모빌리티에 응용될 것으로 기대된다.

인하대학교는 기계공학과 강태준 교수 연구팀이 경량 강화 탄소섬유 복합재를 활용해 고성능 에너지 저장 구조 복합재를 개발했다고 최근 밝혔다. 

에너지 저장 구조재는 기계적 하중을 지지하면서 전기에너지를 저장할 수 있는 다기능 복합재료다. 전체 시스템의 무게와 부피를 획기적으로 줄일 수 있어 전기에너지로 구동하는 전기차, 드론, 도심 항공 모빌리티를 포함한 다양한 친환경 미래 모빌리티에 응용될 수 있다는 점에서 관심을 받고 있다.

이번 연구에서는 에너지 저장 구조재의 출력 확보를 위한 핵심 부품인 양극성 전류 수집층을 탄소섬유 복합재로 만들어 적층형 에너지 저장 구조재의 활용 가능성을 제시했다. 하중 지지를 위한 기계적 성능 확보와 실용적인 전기에너지 출력을 위해선 에너지 저장 구조 복합재의 적층 기술이 필수적이다.

연구팀은 제작된 탄소섬유복합재 전류 수집층 양면에 배터리 양극과 음극재를 도포해 개별 에너지 저장 구조재를 직렬로 적층할 수 있도록 설계했다. 외부 도선을 이용한 일반적인 직렬 방법과 비교해 전하 전달 저항을 없앨 수 있으며, 적층된 장치의 전체적인 무게와 부피를 줄일 수 있다.

강태준 기계공학과 교수는 “이번 연구는 미래 모빌리티 구조 설계와 에너지 분야에 있어 새로운 원천기술을 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

인하대 한유수 기계공학과 석사과정 졸업생과 소병준 박사과정생은 이번 연구 논문의 공동 주저자로 참여했다. 탄소섬유복합재 전극을 이용한 에너지 저장 구조 적층 복합재(Current collectors of Carbon Fiber Reinforced Polymer for Stackable Energy Storage Composites) 주제의 논문은 우수한 연구 결과를 인정받아 국제 저명 학술지인 ‘에너지 저장 재료(Energy Storage Materials, IF=20.4)’에 최근 게재됐다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단, 현대자동차, 한국전자통신연구원, 그리고 농촌진흥청 국립축산과학원의 지원을 받아 진행됐다.