배터리 없는 전기차 시대 오나

재료연구원, 탄소나노튜브 섬유 슈퍼커패시터 개발
철 알미늄 대신 자동차 외장재로 만들어 전기 저장

연구진이 개발한 탄소나노튜브 섬유형 슈퍼커패시터에 10㎏ 추를 매달면서 LED전구를 켰다. 재료연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 금속보다 강도가 우수하면서도 에너지를 저장할 수 있는 탄소나노튜브 섬유를 개발했다. 이는 별도의 배터리 없이 외장재를 배터리로 사용할 수 있다는 의미다.

한국재료연구원(KIMS) 김태훈 박사팀이 인하대 양승재 교수팀과 함께 탄소나노튜브 섬유를 이용해 세계 최초로 고강도 섬유형 슈퍼커패시터를 개발했다.

슈퍼커패시터는 리튬이차전지보다 에너지 저장 용량이 적은 대신 충방전을 매우 빠르게 할 수 있는 장치다. 연구진은 에너지 저장 특성을 가지면서 구조적으로 우수한 특성을 동시에 가질 수 있다면, 차량 및 드론 등의 외장재에 적용해 기존의 배터리를 제거함으로써 경량화가 가능해지고 이동 거리를 증가시킬 수 있을 것으로 전망했다.

10일 재료연구원에 따르면, 이 섬유형 슈퍼커패시터는 190.94㎽/㎤의 전력 밀도에서 7.54㎽h/㎤의 높은 에너지 밀도를 가졌다. 또한 굵기가 실처럼 얇아도 10㎏의 무게를 버텨내면서 정상적으로 충전과 방전이 가능했다. 이와 함께 2000번 넘게 접고 구부려도 성능이 떨어지지 않았다.

김태훈 박사는 "향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라, 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

탄소나노튜브 섬유를 이용해 에너지 저장이 가능한 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 과정. 재료연구원 제공

연구진은 우수한 전기전도성과 인장강도를 가진 탄소나노튜브 섬유를 합성했다. 여기에 에너지 저장을 위해 다공성 탄소를 붙였다.

또한 탄소나노튜브 섬유의 강도를 추가적으로 증가시키고, 다공성 탄소가 섬유로부터 떨어지지 않고 견고하게 붙어있을 수 있도록 표면처리했다. 최종적으로 본래 탄소나노튜브 섬유의 강도와 전기전도도를 유지하면서도 에너지 저장도 가능한 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 합성했다.

연구진은 이번에 개발한 탄소나노튜브 섬유 생산 및 응용 기술을 바탕으로 전자파 차폐, 방탄·복합 소재, 이차전지 등에 적용하는 후속 연구를 진행할 예정이라고 밝혔다. [e-mail] 김만기 기자