[사진 어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 저널] 접거나 구부려도 성능이 떨어지지 않을 뿐만 아니라 규모를 줄여도 성능이 유지되는 신개념 축전지를 국내 연구진이 개발했다. 전기자동차나 모바일 기기에는 물론 웨어러블 전자기기에도 응용할 수 있을 전망이다.
성균관대 화학공학과 박호석(38) 교수팀은 1일 수용성 고분자(폴리비닐알콜)와 그래핀을 접목해 자유자재로 압축하고 복원할 수 있는 내구성이 뛰어난 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.
박 교수팀은 담쟁이넝쿨과 같은 형태로 폴리비닐알콜을 그래핀과 화학적으로 결합시켜 그래핀 에어로젤(aerosel)을 만들었다. 폴리비닐알콜이 마치 엉킨 실과 같이 그래핀들을 강하게 묶는 역할을 했다.
연구팀은 그래핀 에어로젤을 전극의 소재로 응용했으며, 이를 바탕으로 부피를 10분의 1로 줄여도 에너지 저장 능력은 그대로 유지하는 축전지도 만들었다.
박 교수는 "축전지에는 전극들이 연결되는데, 크기를 줄이면 전극의 내구성이 떨어지는 게 문제였다"며 "이번에 에너지 저장을 위한 다공성(多孔性)과 더불어 내구성까지 확보했다"고 말했다. 에너지 저장을 위해서는 빈 공간이 많은 다공성 구조를 가져야 하지만 대신 구조적으로 취약해지는 문제점이 있었다는 것이다. 규모를 줄일 경우 전극의 구조가 무너지면서 성능이 저하되는 게 보통이었다.
하지만 박 교수팀이 개발한 그래핀 에어로젤 전극의 경우 압력이 가해져 변형되더라도 원래 형태로 복원되는 능력이 뛰어나다. 압축하거나 구부려도 성능이 떨어지지 않고 부피를 줄이기도 쉽다는 것이다. 에어로젤은 인류가 개발한 가장 가벼운 고체로 불린다. 나노 다공성 소재로 90~99.9%가 공기로 이루어져 있고, 내부에 100 나노미터(㎚, 10억분의 1m)보다 크기가 작은 구멍들이 3차원 그물망 형태를 이루고 있다.
연구팀은 이번에 개발된 축전지는 전기자동차나 모바일 기기, 우주선 등에 크기는 작으면서 자유자재로 구부릴 수 있는 에너지 저장장치로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 한편 이번 연구에는 미국 MIT 징 콩(Jing Kong) 교수 연구팀이 공동으로 참여했으며, 연구 결과는 최근 재료분야 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Fuctional Materials)에 뒤표지 논문으로 게재됐다.
강찬수 기자 envirepo@joongang.co.kr
