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이온성 액체를 이용한 고효율 에너지 저장 나노복합체 전극물질 개발(2013.02.20)
이름 : 최고관리자 | 작성일 : 2013.06.03 16:46 | 조회수 : 15547
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이온성 액체를 이용한 고효율 에너지 저장

 

나노복합체 전극물질 개발

 

- 전극물질의 표면개질을 통한 고출력 에너지 저장소자 구현 -

 

- 기초(연) 한영규, 허윤석, 최봉길 박사, ‘ACS Nano 誌’에 논문 게재 -

 

 

 

□ 이온성 액체의 자기조립(self-assembly)기술을 이용한 나노복합체 활물질이 개발됨에 따라 차세대 고성능 에너지 저장소자의 상용화에 한 걸음 더 다가서게 됐다.

 

□ 한국기초과학지원연구원(원장 정광화, 이하 기초연) 물성과학연구부 허윤석, 최봉길 박사 연구팀이 이온성 액체를 이용하여 ‘다공성 Co(OH)2/이온성 액체 나노복합체’를 개발하였으며, 한영규 박사팀은 이 나노복합체를 활용해 전극계면에서의 이온 전도도 향상에 대한 정량적 분석 및 시뮬레이션 결과를 통해 반응 메커니즘을 규명하였다.

 

□ 이번 연구는 기초(연) 물성과학연구부 허윤석, 최봉길 박사 연구팀과 University of Maryland의 이상복 교수팀이 공동으로 수행했으며, 연구결과는 나노과학 분야 최고 권위지인 ‘ACS Nano 誌’의 2월 18 인터넷판(논문명 : Enhanced Pseudocapacitance of Ionic Liquid/Cobalt Hydroxide Nanohybrids, IF=11.421)에 게재되었다.

 

□ 특히 이온성 액체의 자기조립 및 우수한 전기화학적 특성을 이용하여 나노복합체의 다공성 및 구조제어가 가능했으며, 보다 우수한 산화ᐧ환원 반응 특성을 구현하여 장시간 안정적인 고출력 에너지저장 전극재료를 만들 수 있었다.

 

□ 또한 허윤석 박사팀은 전기화학적 특성이 우수한 다공성 나노복합재료를 슈퍼캐패시터의 전극 활물질로 사용하여 에너지 저장 특성을 분석하였다.

 

한영규 박사팀은 범밀도함수(density functional theory) 계산법을 이용하여 이온성 액체가 산화ᐧ환원 반응을 할 때, 전극표면에서의 전해질 이온 흡착ᐧ탈착을 용이하게 한다는 사실을 증명하였다. 즉, 이온성 액체를 이루는 양이온과 음이온이 각각 이온 탈착과 흡착 반응을 에너지 적으로 보다 유리하게 함을 정량적으로 관측하였다.

 

□ 슈퍼캐패시터의 성능을 결정하는 중요한 지표는 충ᐧ방전 속도와 충ᐧ방전 사이클 수명이므로, 다양한 순환전위전류 속도 내에서 비정전용량을 측정하였으며, 상기 나노복합체는 기존의 나노물질 기반의 전극재료에 비해 충ᐧ방전 속도가 향상됨을 확인하였다. 이는 순환전위전류 속도 내에서 전해질의 이온들이 충분히 빠르게 전극물질로 전달될 수 있도록 이온성 액체가 전해질과 전극 계면간의 전하 및 이온 이동성을 향상시켜주는 역할을 수행하기 때문이다.

 

□ 또한 일정 전류밀도 내에서 1000 cycles의 충ᐧ방전 실험을 실시했으며, 상기 전극물질은 1000 cycles 동안 비정전용량이 거의 감소되지 않고 안정적인 충ᐧ방전 수명을 나타내었다.

□ 기초(연) 물성과학연구부 허윤석 박사는 이번 연구와 관련 “이번 연구는 기존의 무기금속나노재료 합성 시 이온성 액체를 도입함으로써 다공성이면서도 계면 특성을 손쉽게 제어 가능함을 실험과 해석을 통하여 확인하였고, 이를 에너지 저장 시스템에 적용하여 고에너지ᐧ고출력 특성을 갖는 에너지 저장 전극활물질을 구현했다는 점에서 중요하다”며, “이러한 연구 결과는 향후 이온성 액체 기반의 다양한 전기화학적 소자의 전극물질로 적극 활용할 수 있을 것”으로 기대된다고 밝혔다.

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