[IT비즈뉴스 김진수 기자] 국내 연구진이 전자소자 안에 에너지를 모았다가 필요에 따라 방출하는 고성능 슈퍼커패시터(Supercapacitor) 기술 개발에 성공했다.

한국연구재단은 김상재 제주대 교수팀이 실리콘 기반의 2차원소재 '실록신(Siloxen)' 전극을 활용, 높은 에너지·전력밀도의 고성능 슈퍼커패시터 소자 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

초고용량 축전기로도 불리는 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 간 계면에서의 진기화학적 반응을 사용해 에너지를 충전하는 저장소자다. 리튬이차전지 대비 높은 전력밀도와 충방전속도가 빠르고 높은 안정성으로 차세대 에너지 소자로 주목받고 있다.

기존에 주로 사용된 슈퍼커패시터 소재는 실리콘 박막, 나노와이어와 비결정질 실리콘 등이 사용되고 있으나 성능을 높이는데 한계가 있었다. 최근에는 그래핀과 같은 신소재를 적용하려는 시도도 있으나 현재 실리콘 기술과의 호환성 문제로 연구가 진행 중이다.

김상재 교수 연구팀은 고성능 슈퍼커패시터 구동원과 센싱 시스템을 단일칩(One Chip)에 설치할 수 있는 시스템온칩(SoC) 구현을 위해 나노 시트 형태의 실록신을 전극으로 활용했다고 설명했다.

연구 결과 실록신 나노시트 전극소재는 고에너지밀도와 최대파워밀도의 고성능 용량특성을 보였으며, 현재 보고되고 있는 실리콘기반 에너지저장장치의 에너지밀도 대비 약 100배 높은 에너지밀도의 고성능 전극소재 특성을 구현하는데 성공했다.

특히 개발된 기술이 센서와 시스템은 물론 에너지원을 동시에 원칩으로 집적할 수 있어 향후 웨어러블 디바이스와 휴대용 단말, 생체이식형 전자기기에 보조원으로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

김상재 교수는 “높은 전력·에너지 밀도와 주기적 안정성을 갖춘 이번 기술이 적용되면 향후 실리콘 원칩에 에너지원으로 활용되면서 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대한다”며 “고성능 에너지소자 개량 및 상용화를 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 기초연구사업 지원으로 수행됐으며 국제학술지 '에너지 및 환경과학'의 6월호 논문으로 게재됐다.

논문명은 'Two-dimensional siloxene nanosheets: novel high-performance supercapacitor electrode materials', 교신저자로 김상재 제주대 교수, 케이 카티케얀(Karthikeyan Krishnamoorthy, 제주대) 박사와 파자말라이 파르티반(Parthiban Pazhamalai, 제주대) 박사과정생이 각각 제1, 제2저자로 참여했다.