'섬유에 나노금속 코팅' 고성능 슈퍼커패시터 개발

고려대 화공생명공학과 조진한 교수는 대구경북과학기술원(DGIST) 고용민 박사와 함께 천연 면섬유에 저렴한 금속의 나노입자를 코팅해 고성능 슈퍼커패시터를 개발했다고 2일 밝혔다. 연구진이 개발한 슈퍼커패시터는 현재까지 보고된 실 형태의 다른 커패시터보다 충전용량이 2.4배 많다.

슈퍼커패시터는 에너지 저장장치의 일종으로 배터리에 비해 에너지 밀도는 낮지만, 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율과 반영구적인 수명을 갖고 있다. 면 종류의 직물 소재는 쉽게 구할 수 있는 값싼 소재로 잘 휘어지면서 쉽게 끊어지지 않는 특징이 있다.

연구진은 물질간 친화력을 이용한 리간드 치환 층상자기조립법이라는 독특한 적층 방법으로 실 위에 균일하게 코팅했다.

먼저 가격 경쟁력이 우수한 구리로 전도성 나노입자를 활용했다. 가느다란 실에 8나노미터(㎚) 크기의 구리 나노입자를 고르게 코팅했다. 이와함께 여러분야에 사용하는 전기 도금법으로 전기가 잘 흐르는 금속 직물을 단시간 내에 제작했다. 이후 충전용량이 큰 니켈과 코발트를 차례로 전기도금해 최종적으로 고성능 슈퍼커패시터를 만들었다.

이렇게 만든 직물형 슈퍼커패시터는 충전용량 값이 전류밀도 10 ㎃㎠에서 12.2 F㎠로 나왔다. 이는 기존 방법으로 만든 직물형 슈퍼커패시터와 비교해 보면 단위 면적당 충전용량 값이 최대 10배 이상 증가한 것이다.

특히 전극의 다공성 구조로 인해 3겹까지 쌓았음에도 불구하고 원활한 이온과 전자 이동으로 단위 면적당 축전용량 값이 약 2.4배 증가했다.

[e-mail] 김만기 기자