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KAIST, °í¼º´É ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ÀüÁö°³¹ß

°­Á¤±¸ ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀ, ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ Àüµµ¼º Åº¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹Ý °í¿ë·® Àü±Ø Àç·á °³¹ß

žçÀüÁö ¸ðµâ·Î ¼ö½Ê ÃÊ ³» ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´É, »ó¿ë ½Ã½ºÅÛ ÇѰ蠱غ¹ ±â´ë

 

°­Áø±¸ ±³¼ö(¿Þ)¿Í ¸ñÀÏ¿ì ¹Ú»ç°úÁ¤(¿ì)

½º¸¶Æ® ÀüÀÚ ±â±â, Àü±â ÀÚµ¿Â÷ (EV) µî ÀüÀÚ »ç¾÷ÀÇ ¼ºÀå¿¡ ¹ß¸ÂÃç ¿¡³ÊÁö ÀúÀ堽ýºÅÛ (ESS)Àº Çö´ë »çȸ¿¡ ÇʼöºÒ°¡°áÇÑ ºÎºÐÀ¸·Î ÀÚ¸®Àâ¾Ò´Ù. ‘Á¦ 2ÀÇ ¹ÝµµÃ¼’·Î ºÒ¸®´Â ¸®Æ¬À̿ ÀüÁö (LIB)´Â °¡Àå ³ôÀº ½ÃÀå Á¡À¯À²·Î ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ÀåÄ¡ ½ÃÀåÀ» ÁÖµµÇÏ°í ÀÖÁö¸¸, Àü±Ø ¼ÒÀçÀÇ °í°¥, ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¿ø¸®, ¼ÒÀÚ °³¹ß ±â¼ú µîÀÇ ±Ùº»ÀûÀΠ¹®Á¦·Î ±â¼ú Æ÷È­ »óÅ¿¡ µµ´ÞÇÏ¿´´Ù. ´Ù¾çÇÑ ÇüÅÂÀÇ Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ÀåÄ¡°¡ °³¹ßµÇ°í ÀÖÁö¸¸, ¿øõÀûÀΠ¹®Á¦ ÇØ°áÀº ÀÌ·ç¾îÁöÁö ¸øÇϴ ½ÇÁ¤ÀÌ´Ù.

KAIST(Çѱ¹°úÇбâ¼ú¿ø) ½Å¼ÒÀç°øÇаú °­Á¤±¸ ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀÀÌ ¿ì¼öÇÑ ¼º´ÉÀÇ °í¿¡³ÊÁö·°íÃâ·Â ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬À̿ ÀüÁö¸¦ °³¹ßÇß´Ù°í 3ÀÏ ¹àÇû´Ù.

¿¬±¸ÆÀÀº ¸ÞÁ¶±â°ø(mesopore, 2~50nm(³ª³ë¹ÌÅÍ) Å©±âÀÇ ±¸¸Û)°ú ¸¶ÀÌÅ©·Î ±â°ø(micropore, 2nm(³ª³ë¹ÌÅÍ) ÀÌÇÏ Å©±âÀÇ ±¸¸Û)ÀÌ µ¿½Ã¿¡ Á¸ÀçÇϴ ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ÀÇ Àüµµ¼º Åº¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹ÝÀÇ °í¿ë·® À½±ØÀç¿Í ¾ç±ØÀç °³¹ßÀ» ÅëÇØ °í¼º´É ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬À̿ ÀüÁö¸¦ ±¸ÇöÇß´Ù.

°­ ±³¼öÆÀÀÌ °³¹ßÇÑ ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬À̿ ÀüÁö´Â À̹̠»ó¿ëÈ­µÈ ¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸®¿Í °ßÁÙ¸¸ÇÑ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¿Í ½´ÆÛ ÃàÀü±âÀÇ Ãâ·Â ¹Ðµµ Æ¯¼ºÀ» ¸ðµÎ °®Ãá Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀÚ´Ù. ¼ö ÃÊ¿¡¼­ ¼ö ºÐÀÇ ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´ÉÇؼ­ Àü±âÂ÷¸¦ ºñ·ÔÇØ Àü±â Æ®·¥°ú ½º¸¶Æ® ÀüÀÚ±â±â µî¿¡ È°¿ëÀÌ ±â´ëµÈ´Ù.

À̹ø ¿¬±¸ °á°ú´Â Àç·á ºÐ¾ß ±¹Á¦ ÇмúÁö `¾îµå¹ê½ºµå ¿¡³ÊÁö ¸ÓÅ͸®¾ó(Advanced Energy Materials, IF 25.245)' 11¿ù 10ÀÏ í®¿¡ ½Ç·ÈÀ¸¸ç ¿¬±¸ ¿ì¼ö¼ºÀ» ÀÎÁ¤¹Þ¾Æ Ç¥Áö³í¹®À¸·Î ¼±Á¤µÆ´Ù. (³í¹®¸í: Metal-Organic Framework-Derived Anode and Polyaniline Chain Networked Cathode with Mesoporous and Conductive Pathways for High Energy Density, Ultrafast Rechargeable, and Long-Life Hybrid Capacitors)

Àüµµ¼º Åº¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹ÝÀÇ °í¿ë·® À½±Ø°ú ¾ç±Ø Àç·áÀÇ ÇÕ¼º °úÁ¤

¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸®´Â ÇöÀç ´ëÇ¥ÀûÀΠ»ó¾÷¿ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀ堽ýºÅÛ(Energy Storage System, ESS)ÀÌ´Ù. ¹Ì·¡ À̵¿ ¼ö´ÜÀ¸·Î ²ÅÈ÷´Â Ä£È¯°æ Àü±âÂ÷(Electric Vehicles, EVs)ºÎÅÍ °¢Á¾ ½º¸¶Æ® ÀüÀÚ±â±â¿¡ À̸£±â±îÁö ÀüÀÚ »ê¾÷¿¡ ÇʼöÀûÀΠ¿ä¼Ò·Î ÀÚ¸® Àâ°í ÀÖ¾î `Á¦2ÀÇ ¹ÝµµÃ¼'·Î ºÒ¸°´Ù.

¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸®´Â 2019³â ³ëº§ È­Çлó ¼ö»óÀ¸·Î ½ÇÈ¿¼ºÀÌ Áõ¸íµÆÀ¸¸ç, ³ÐÀº ±¸µ¿ Àü¾Ð°ú ³ôÀº ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ·Î ÇöÁ¸Çϴ ¿¡³ÊÁö ÀúÀ堽ýºÅÛ Áß °¡Àå ³ôÀº Á¡À¯À²À» º¸À¯ÇÏ°í ÀÖ´Ù. ¹Ý¸é À¯°è ÀüÇØÁúÀÇ ³·Àº À̿ Àüµµµµ, ´À¸° Àü±âÈ­ÇÐÀû ¹ÝÀÀ ¼Óµµ, Àü±ØÀçÀÇ ÇÑÁ¤¼º µîÀǠƯ¼º¿¡ ÀÇÇÑ ³·Àº Ãâ·Â ¹Ðµµ, ±ä ÃæÀü ½Ã°£, À½±Ø ¹× ¾ç±Ø ºñ´ëĪ¿¡ µû¸¥ Å« ºÎÇÇ µî ±Ùº»ÀûÀΠ¹®Á¦Á¡ ¶§¹®¿¡ ÃÖ±Ù °í¼º´É Àü±ØÀç ¹× Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀÚ °³¹ßÀ» À§ÇÑ ¿¬±¸°¡ È°¹ßÈ÷ ÁøÇàµÇ°í ÀÖ´Ù.

ÇÏÀ̺긮µå ÀüÁö´Â ¹èÅ͸®¿ë À½±ØÀÇ ³ôÀº ÀúÀå ¿ë·®°ú ÃàÀü±â¿ë ¾ç±ØÀÇ ºü¸¥ À̿ Ãæ·¹æÀüÀÇ ÀåÁ¡À» ¸ðµÎ Áö´Ï°í ÀÖ¾î Â÷·®¿ë ¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸®¸¦ ´ëüÇÒ ¼ö Àִ Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀڷΠ¸¹Àº ÁÖ¸ñÀ» ¹Þ°í ÀÖ´Ù. ÇÏÁö¸¸ °í¿¡³ÊÁö ¹× °íÃâ·Â ¹ÐµµÀÇ ÀüÁö¸¦ ±¸ÇöÇϱâ À§Çؼ­ ¹èÅ͸®¿ë À½±ØÀÇ Àü±â Àüµµµµ¿Í À̿ ÀúÀå Æ¯¼º °³¼±, ÃàÀü±â¿ë ¾ç±ØÀÇ À̿ ÀúÀå ¿ë·® Áõ°¡, ±×¸®°í ¼­·Î ´Ù¸¥ À̿ ÀúÀå ¸ÞÄ¿´ÏÁò¿¡ µû¸¥ µÎ Àü±ØÀÇ ÃÖÀûÈ­ °úÁ¤ÀÌ ÇÊ¿äÇÏ´Ù.

±âÁ¸ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀÚ¸¦ »óÀ§Çϴ °í¿¡³ÊÁö °íÃâ·Â ¹Ðµµ¸¦ º¸¿©Áִ ¶ó°ï Ç÷԰ú Å¾çÀüÁö ¸ðµâÀ» È°¿ëÇÑ ±Þ¼Ó ÃæÀüµÈ ¼ÒÀڠƯ¼º

°­ ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀÀº ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ÀǠȯ¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉÀ» È°¿ëÇÑ Àüµµ¼º Åº¼Ò ±â¹ÝÀÇ À½±Ø ¹× ¾ç±Ø ¼ÒÀ縦 °³¹ßÇϴ ÇÑÆí ¼Óµµ Æ¯¼ºÀÌ °³¼±µÈ °í¿ë·® À½±Ø°ú ¾ç±ØÀ» ÅëÇØ °í¿¡³ÊÁö·°íÃâ·ÂÀÇ ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬À̿ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ÀåÄ¡¸¦ ±¸ÇöÇϴ µ¥ ¼º°øÇß´Ù.

¿¬±¸ÆÀÀº ¿ì¼± ¹èÅ͸®¿ë À½±Ø Àç·á·Î ´Ù°ø¼º ³ª³ë°áÁ¤ÀΠ±Ý¼Ó-À¯±â °ñ°Ýü(Metal-Oraganic Frameworks, MOFs)ÀǠźȭ °úÁ¤À» ÅëÇØ 5~10 ³ª³ë¹ÌÅÍ Å©±âÀÇ ¸ô¸®ºêµ§ ±Ý¼Ó »êÈ­¹° (MoO2)ÀÌ °áÇյȠź¼Ò ±¸Á¶Ã¼¸¦ ¸¸µé¾ú´Ù. ÅºÈ­ °úÁ¤¿¡¼­ Åº¼Ò ±¸Á¶Ã¼¸¦ °¨½Î´Â »êÈ­ ±×·¡ÇÉÀº È¯¿øµÇ¸é¼­ Àüµµ¼º Åº¼Ò °áÇÕ Çü¼ºÀ¸·Î Àü±â Àüµµµµ¸¦ Çâ»ó½ÃÅ°¸ç, ¼±ÅÃÀû ±Ý¼Ó ½Ä°¢À¸·Î ¸¶ÀÌÅ©·Î ±â°øÀÌ Çü¼ºµÈ ´Ù°ø¼º ±¸Á¶¸¦ Á¦ÀÛÇß´Ù.

ÀÌ·¯ÇÑ ¸¶ÀÌÅ©·Î ±â°øÀº ÀüÇØÁú ¼Ó ¸®Æ¬ÀÌ¿Â(Li+)ÀǠħÅõ¸¦ ½±°Ô Çϸç, ³ª³ë Å©±âÀÇ ±Ý¼Ó »êÈ­¹°°ú È¯¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉ ²®ÁúÀº Àü±â Àüµµµµ Çâ»óÀ» ÅëÇØ ³ôÀº ¿ë·®°ú °íÀ² ¹æÀü Æ¯¼ºÀ» º¸ÀδÙ.

¿¬±¸ÆÀÀº ÀÌ¿Í ÇÔ²² ÃàÀü±â¿ë ¾ç±Ø Àç·á·Î ¼¶À¯Çü Àüµµ¼º °íºÐÀÚ¸¦ È¯¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉ ¸é¿¡ °¡±³È­ ½ÃÄÑ »õ·Î¿î ±¸Á¶¸¦ ¸¸µå´Â Á¦ÀÛ±â¼úÀ» Àû¿ëÇß´Ù. Àüµµ¼º °íºÐÀÚÀΠÆú¸®¾Æ´Ò¸° (polyaniline, PANI)Àº Àú¿Â¿¡¼­ ¼ø°£ÀûÀ¸·Î ÁßÇյŠȯ¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉ ¸é¿¡¼­ °­ÇÑ °áÇÕ·Â(π-π °áÇÕ)À» °¡Áö¸ç, Áú¼Ò µµÇΠȿ°ú¿¡ ÀÇÇØ À½À̿ (PF6-)ÀÇ ÈíÂøÀ» °¡´ÉÄÉ ÇÑ´Ù.

Àüµµ¼º Æú¸®¾Æ´Ò¸° °íºÐÀÚ-ȯ¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉ ¾ç±ØÀº È¯¿øµÈ »êÈ­ ±×·¡ÇÉ ´ëºñ 200% Áõ°¡ÇÑ À̿ ÀúÀå ¿ë·®°ú ÇÔ²² »ó¿ëÈ­µÈ È°¼ºÅº (activated carbon, AC)¿¡ ÁØÇϴ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå Æ¯¼ºÀ» º¸¿´´Ù.

¿¬±¸ÆÀÀº ÀÌ·¯ÇÑ °úÁ¤À» °ÅÃÄ »õ·Î °³¹ßÇÑ À½±ØÀç(MoO2@rGO)¿Í ¾ç±ØÀç(PANI@rGO)¸¦ È°¿ëÇØ °í¼º´É ÇÏÀ̺긮µå ÀüÁö¸¦ °³¹ßÇß´Ù.

¿¬±¸ÆÀ °ü°èÀڴ "ÀÌ ÇÏÀ̺긮µå ÀüÁö´Â ±âÁ¸ ¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸® ¼öÁØÀÇ °í¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¿Í ÇÔ²² ³ÐÀº ±¸µ¿ Àü¾Ð ¹üÀ§¿¡¼­ °íÃâ·Â Æ¯¼ºÀ» º¸ÀδÙˮ¸é¼­ "žçÀüÁö ¸ðµâ·Î ¼ö½Ê ÃÊ ³» ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´ÉÇؼ­ ±âÁ¸¿¡ ³ª¿Í Àִ ¿¡³ÊÁö ÀúÀ堽ýºÅÛÀÇ ÇѰ踦 °³¼±Çß´Ùˮ°í ¸»Çß´Ù.

¿¬±¸¸¦ ÁÖµµÇÑ °­Á¤±¸ ±³¼öµµ "¸®Æ¬À̿ ¹èÅ͸® ¼öÁØÀÇ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ´Â ¹°·Ð °íÃâ·Â ¹Ðµµ¿¡ ÀÇÇÑ ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´ÉÇÑ ÃÖ÷´Ü ¸®Æ¬À̿ ÀüÁöˮ¶ó°í ¼Ò°³Çϸ鼭 "È°¿ë ¹üÀ§¸¦ Àü±âÂ÷¸¦ Æ÷ÇÔÇØ ¸ðµç ÀüÀÚ±â±â·Î±îÁö È®´ëÇÑ´Ù¸é Àηù »îÀÇ ÁúÀ» ³ôÀÏ °ÍÀ¸·Î ±â´ëÇÑ´Ùˮ°í Àǹ̸¦ ºÎ¿©Çß´Ù.

ÇÑÆí À̹ø ¿¬±¸´Â °úÇбâ¼úÁ¤º¸Åë½ÅºÎ ±Û·Î¹úÇÁ·ÐƼ¾î»ç¾÷ÀÇ ÇÏÀ̺긮µå ÀÎÅÍÆäÀ̽º ±â¹Ý ¹Ì·¡¼ÒÀ翬±¸´Ü°ú ¹Ì·¡Ã¢Á¶°úÇкΠ¼ö¼Ò¿¡³ÊÁö Çõ½Å±â¼ú»ç¾÷ÀÇ Áö¿øÀ» ¹Þ¾Æ ¼öÇàµÆ´Ù.

KAIST È«º¸½ÇÁ¦°ø

³ëº§»çÀ̾𽺠 science@nobelscience.co.kr

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