◦ 연구진은 기존 기술의 한계를 뛰어넘어 출력 성능이 매우 높으면서 에너지 밀도는 기존 리튬이온전지를 능가하는 고성능 마이크로 슈퍼커패시터를 만드는데 성공하여 기존 마이크로전지를 대체할 초소형 전기 저장장치의 상용화에 대한 기대감을 높였다.

□ 이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 에너지과학 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF 14.385)2)에 2월 20일 온라인 게재되었다.

* (논문제목) 나뭇잎을 모방하여 나노채널이 형성된 고효율 그래핀 마이크로-슈퍼커패시터
(Leaf Vein-Inspired Nanochannelled Graphene Film for Highly Efficient Micro-Supercapacitors)

* (제1저자) 장지엔(Chang Jian) IBS 나노구조물리연구단 박사과정생

* (교신저자) 이영희 IBS 나노구조물리연구단장(성균관대학교 에너지과학과, 물리학과 교수)

□ 연구진은 나뭇잎 줄기의 구조에 착안하여, 이온 이동경로를 최대한 짧게 만들어 비표면적이3) 높은 그래핀 표면에 이온을 최대한 흡착시키는 구조를 만들었다.(그림설명 참조)

◦ 고체전해질에 나노선(nano wire)4)을 섞고 이를 산화흑연5) 층간에 삽입하여 전극을 형성한 후, 나노선을 녹여내 이온이 잘 통과하는 이동경로를 인위적으로 만들어 에너지밀도를 증가시키고 높은 출력밀도를 유지시켰다.

◦ 이 결과 부피당 최대 출력밀도와 최대 에너지밀도 값을 얻었다. 이는 마이크로 리튬이온전지가 갖는 에너지밀도에 가까우면서도 출력밀도는 1만 배 이상 개선된 값으로 지금까지 보고된 어떤 값보다 크다.

□ 이영희 IBS 나노구조물리연구단장은 이번 성과를 “마이크로전지를 대체하여 제작이 간편하고 폭발 위험성이 없는 마이크로 슈퍼커패시터를 직접 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 계기를 마련해준 연구”라며 “다만 전극의 두께가 지금보다 굵어야 장시간 사용할 수 있기 때문에 이를 개선하기 위한 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.