고용량·반영구 차세대 에너지 저장 소재 개발 - 하이브리드 신소재로 차세대 고용량 에너지 저장 기술 구현 -
연구결과 개요
1. 연구배경
전기화학적 커패시터인 슈퍼커패시터는 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 충전하고 방출 (고출력) 할 수 있는 특성으로 인하여 중요한 에너지저장 장치로 개발되고 사용되어져 왔다. 슈퍼캐패시터 중 상용화로 사용되고 있는 활성화 카본과 같은 탄소를 기반으로 한 슈퍼커패시터는 전기 화학적 이중층에 이온을 머물게 하여 표면적에서의 상호작용을 이용하여 전자를 저장하였으며, 금속산화물을 기반으로 한 슈퍼커패시터는 물질과 이온의 화학적인 반응을 이용하여 전기 에너지를 저장하였다. 하지만 탄소기반의 슈퍼커패시터는 높은 충방전 속도와 긴 수명을 가지는데 반하여 고용량의 에너지를 저장하지 못하는 단점을 가졌으며, 금속산화물 기반의 슈퍼커패시터는 화학적 반응을 이용하여 충방전 속도가 느리고 수명이 짧은 단점을 가지고 있었다. 따라서 탄소기반의 슈퍼커패시터의 장점인 긴 수명과 금속산화물 기반의 슈퍼커패시터의 장점인 고용량을 동시에 구현할 수 있는 소재 개발이 필요하다.
또한, 슈퍼커패시터의 성능을 극대화시키기 위해서는 소재의 비표면적이 넓고 기공을 가지고 있으면 유리한데, 그 이유는 소재의 비표면적이 넓으면 이온이 에너지 저장 소재와 반응할 수 있는 지점이 많아지고 기공을 통해서 이온의 이동이 활발해질 수 있기 때문이다. 그러므로 에너지 저장 소재는 넓은 비표면적과 기공을 가지고 있는 다공성 구조를 가질 필요가 있다.
고용량·반영구 차세대 에너지 저장 소재 개발(미래소재_KAIST_강정구)
어떤 전기화학적 커패시터가 고출력 특성으로 인하여 중요한 에너지저장 장치로 개발되고 활용되었을까
슈퍼커패시터