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높은 출력밀도와 빠른 충·방전 속도를 가지는 ‘슈퍼커패시터’는 자동차, 통신장비, IoT 등의 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있다. 특히 신재생에너지 연계 전력 저장장치 및 전기자동차와 같이 급속 충전이 필요한 전자기기에서 상대적으로 느린 이차전지의 충·방전 특성을 보완할 수 있는 고출력 보조전원으로 응용이 고려되고 있다.
그러나 현재까지 활발하게 연구되어 온 슈퍼커패시터용 탄소 및 금속 전극 소재는 고온에서의 열처리 및 증착과 같은 고가의 전극제조 공정기술이 요구된다는 단점이 있다.
전북대학교 박성준 교수(공대 고분자나노공학과, 나노융합공학과) 연구팀이 용액공정을 통해 저비용으로 제작이 가능하고, 간단한 화학적 기능화를 통해 쉽게 구조를 조정할 수 있는 슈퍼커패시터용 전도성 고분자 전극소재 합성에 성공했다고 7일 밝혔다.
고분자는 수많은 단량체(單量體)들의 공유결합을 통해 구성된 소재로, 단량체의 특성 및 길이에 의해 물리적, 화학적 성질이 결정된다.
연구팀은 전자를 공유할 수 있는 특성을 가지는 단량체를 합성하고, 단량체의 공유결합으로 구성된 고분자의 길이를 조절함과 동시에 고분자 소재에 전도성을 부여할 수 있는 공액 특성을 가지는 그룹의 길이를 정교하게 조절하여 에너지 저장 특성을 향상시켰다.
박성준 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 유기 고분자 기반의 에너지 저장소재는 기존의 탄소 및 금속 전극소재를 통해 구현하지 못한 플렉서블 전자 소자의 제작을 보다 용이하게 할 것”이라며 “특히 저가의 용액 공정에 활용 가능하므로 제작 비용의 절감과 휴대 및 착용이 가능한 소자 제작에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 에너지 분야 세계적 학술지인 『스몰(Small, IF=15.153)』 최신호에 게재됐다. 인도 출신의 수비르 패티 박사과정생과 다난자야 파트라 박사가 공동 주저자로 참여했다. 이 연구는 한국연구재단(우수신진연구, 기초연구실지원사업)과 교육부의 BK21-FOUR 인력양성지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
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