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“과학은 미래 산업의 쌀이다”
이경구 군산대 교수, 슈퍼 커패시터 성능 대폭 개선
높은 전력의 고품질․순간적 고출력․데이터 백업기능
▲사진: 군산대학교 화학과 연구진(책임교수 이경구)
군산대학교 화학과 연구진(책임교수 이경구)이 슈퍼 커패시터의 성능을 대폭 개선한 신규 전해질을 개발하는 데 성공해 미래 배터리 산업에 탄력이 붙을 것으로 예상된다.
슈퍼 커패시터(super capacitor)는 2차 전지의 일종으로 축전용량의 성능을 강화한 커패시터로 에너지를 저장한 뒤 필요할 때 순간적으로 고출력 전기를 보낼 수 있는 에너지 저장장치이다. 또한 일반 배터리에 비해 에너지 저장력은 100분의 1 수준이지만 출력 능력은 100배가량 높아 우리가 사용하고 있는 전력제품에 거의 사용되고 있다. 따라서 현재 슈퍼 커패시터는 고출력이 요구되는 전기자동차의 전력 보조장치로 주로 이용되고 있다. 시동을 걸거나 급 가속등 순간적으로 고출력을 필요로 할 때 슈퍼 커패시터가 작동한다. 또한 솔리드스테이트드라이브(SSD)에 삽입돼 컴퓨터 전원이 나갔을 때 순간적으로 전력을 공급해 데이터 백업을 도와주는 기능도 한다.
이렇듯 장점을 많이 가진 슈퍼 커패시터의 주요 사용처는 전력 사용량을 실시간 체크해 시간대별로 전력이 필요한 곳과 남는 곳을 알려주는 스마트 미터기에 많이 사용되고 있다. 이로써 전력소모가 큰 가전제품의 사용량이 늘어나는 계절에 스마트 미터기가 보내주는 무선을 통해 손쉽게 전기사용량을 알게 돼 스스로 전기사용량을 인식하며 전력량을 체크하고 에너지 절약을 할 수 있어 소비자들의 만족도가 높아지는 추세이다. 이와 함께 신재생에너지 발전시스템에서도 발전된 전력과 부하전력의 차이를 조절해 높은 전력 품질을 확보하는 데 슈퍼 커패시터가 활용되고 있어 미래산업 발전의 큰 주춧돌 역할을 할 것으로 전망된다.
하지만 이러한 장점에도 불구하고, 리튬이온 배터리에 비해 낮은 작동 전압과 에너지 밀도 때문에 슈퍼 커패시터의 활용도는 상대적으로 제한적이어서 이와 관련된 연구가 이어지고 있었다. 이에 슈퍼 커패시터의 이러한 단점을 보완하기 위해 군산대 화학과 연구진은 이 경구 교수의 지도아래 끊임없는 연구개발로 슈퍼 커패시터 성능을 개선시킬 수 있는 새로운 전해질을 개발해 화제가 되고 있다. 이로 인해 이번 개발한 신규 전해질을 활용해 작동 전압 및 에너지 밀도가 높은 슈퍼 커패시터의 개발이 가능해져 더욱 더 활발한 관련 산업의 활성화가 기대되고 있다.
이에 따라 현재 시판되고 있는 슈퍼 커패시터의 최대 작동 전압 3.0V가 새롭게 개발된 전해질을 사용하게 되면 추가적인 전극 및 공정의 변경 없이 최대 작동 전압을 3.2V까지 확장할 수 있게 돼 관련 산업에 즉시 활용될 것으로 전망된다.
이처럼 우리가 일상생활 속에서 편리함을 추구하기 위해 만든 모든 것들에 사용되고 있는 에너지 저장장치, 배터리의 발전은 우리 삶의 질을 바꿔놓고 있다. 배터리는 ‘미래 산업의 쌀’이라 표현할 정도로 배터리 산업의 중요성이 집중되고 있다. 이는 각종 스마트 기기의 증가와 전기차가 개발되면서 배터리 용량과 수요가 증가하며 큰 시장으로 성장하고 있다. 세계는 전지, 배터리 전쟁 중이다. 끈질긴 노력과 기술개발로 미래산업을 위해 도전장을 내민 군산대 연구진들의 더 큰 활약이 기대된다.
이경구 군산대 화학과 교수는 “그동안 산업체와 연계해 꾸준히 기술 개발해 온 결과가 열매를 맺게 돼 의미가 더욱 크다”면서 “지속적인 기술 개발을 통해 2차전지 및 소재 산업에 기여하는 것이 목표”라고 밝혔다.
한편 연구 결과는 “Propionitrile as a single organic solvent for high voltage electric double-layer capacitors”라는 제목으로 국제학술지 저널 오브 파워 소스 (Journal of Power Sources, 인용지수 7.467, JCR 랭킹 상위 10.67%) 4월호 온라인판에 게재됐다.
<유혜영 기자>
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