°Á¤±¸ ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀ, ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ Àüµµ¼º ź¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹Ý °í¿ë·® Àü±Ø Àç·á °³¹ß
žçÀüÁö ¸ðµâ·Î ¼ö½Ê ÃÊ ³» ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´É, »ó¿ë ½Ã½ºÅÛ ÇÑ°è ±Øº¹ ±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 ÀúÀå ½Ã½ºÅÛ (ESS)Àº Çö´ë »çȸ¿¡ ÇʼöºÒ°¡°áÇÑ ºÎºÐÀ¸·Î ÀÚ¸®Àâ¾Ò´Ù. ‘Á¦ 2ÀÇ ¹ÝµµÃ¼’·Î ºÒ¸®´Â ¸®Æ¬ÀÌ¿Â 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»ÀûÀÎ ¹®Á¦·Î ±â¼ú Æ÷È »óÅ¿¡ µµ´ÞÇÏ¿´´Ù. ´Ù¾çÇÑ ÇüÅÂÀÇ Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ÀåÄ¡°¡ °³¹ßµÇ°í ÀÖÁö¸¸, ¿øõÀûÀÎ ¹®Á¦ ÇØ°áÀº ÀÌ·ç¾îÁöÁö ¸øÇÏ´Â ½ÇÁ¤ÀÌ´Ù.
KAIST(Çѱ¹°úÇбâ¼ú¿ø) ½Å¼ÒÀç°øÇаú °Á¤±¸ ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀÀÌ ¿ì¼öÇÑ ¼º´ÉÀÇ °í¿¡³ÊÁö·°íÃâ·Â ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬ÀÌ¿Â 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¸ÀçÇÏ´Â ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ÀÇ Àüµµ¼º ź¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹ÝÀÇ °í¿ë·® À½±ØÀç¿Í ¾ç±ØÀç °³¹ßÀ» ÅëÇØ °í¼º´É ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ÀüÁö¸¦ ±¸ÇöÇß´Ù.
° ±³¼öÆÀÀÌ °³¹ßÇÑ ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ÀüÁö´Â ÀÌ¹Ì »ó¿ëÈµÈ ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®¿Í °ßÁÙ¸¸ÇÑ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¿Í ½´ÆÛ ÃàÀü±âÀÇ Ãâ·Â ¹Ðµµ Ư¼ºÀ» ¸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 ź¼Ò ±¸Á¶Ã¼ ±â¹ÝÀÇ °í¿ë·® À½±Ø°ú ¾ç±Ø Àç·áÀÇ ÇÕ¼º °úÁ¤ |
¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®´Â ÇöÀç ´ëÇ¥ÀûÀÎ »ó¾÷¿ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ½Ã½ºÅÛ(Energy Storage System, ESS)ÀÌ´Ù. ¹Ì·¡ À̵¿ ¼ö´ÜÀ¸·Î ²ÅÈ÷´Â ģȯ°æ Àü±âÂ÷(Electric Vehicles, EVs)ºÎÅÍ °¢Á¾ ½º¸¶Æ® ÀüÀÚ±â±â¿¡ À̸£±â±îÁö ÀüÀÚ »ê¾÷¿¡ ÇʼöÀûÀÎ ¿ä¼Ò·Î ÀÚ¸® Àâ°í ÀÖ¾î `Á¦2ÀÇ ¹ÝµµÃ¼'·Î ºÒ¸°´Ù.
¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®´Â 2019³â ³ëº§ ÈÇлó ¼ö»óÀ¸·Î ½ÇÈ¿¼ºÀÌ Áõ¸íµÆÀ¸¸ç, ³ÐÀº ±¸µ¿ Àü¾Ð°ú ³ôÀº ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ·Î ÇöÁ¸ÇÏ´Â ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ½Ã½ºÅÛ Áß °¡Àå ³ôÀº Á¡À¯À²À» º¸À¯ÇÏ°í ÀÖ´Ù. ¹Ý¸é À¯°è ÀüÇØÁúÀÇ ³·Àº ÀÌ¿Â Àüµµµµ, ´À¸° Àü±âÈÇÐÀû ¹ÝÀÀ ¼Óµµ, Àü±ØÀçÀÇ ÇÑÁ¤¼º µîÀÇ Æ¯¼º¿¡ ÀÇÇÑ ³·Àº Ãâ·Â ¹Ðµµ, ±ä ÃæÀü ½Ã°£, À½±Ø ¹× ¾ç±Ø ºñ´ëĪ¿¡ µû¸¥ Å« ºÎÇÇ µî ±Ùº»ÀûÀÎ ¹®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¸¥ ÀÌ¿Â Ãæ·¹æÀüÀÇ ÀåÁ¡À» ¸ðµÎ Áö´Ï°í ÀÖ¾î Â÷·®¿ë ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®¸¦ ´ëüÇÒ ¼ö ÀÖ´Â Â÷¼¼´ë ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀÚ·Î ¸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 ÀÌ¿Â ÀúÀå Ư¼º °³¼±, ÃàÀü±â¿ë ¾ç±ØÀÇ ÀÌ¿Â ÀúÀå ¿ë·® Áõ°¡, ±×¸®°í ¼·Î ´Ù¸¥ ÀÌ¿Â ÀúÀå ¸ÞÄ¿´ÏÁò¿¡ µû¸¥ µÎ Àü±ØÀÇ ÃÖÀûÈ °úÁ¤ÀÌ ÇÊ¿äÇÏ´Ù.
±âÁ¸ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼ÒÀÚ¸¦ »óÀ§ÇÏ´Â °í¿¡³ÊÁö °íÃâ·Â ¹Ðµµ¸¦ º¸¿©ÁÖ´Â ¶ó°ï Ç÷԰ú žçÀüÁö ¸ðµâÀ» È°¿ëÇÑ ±Þ¼Ó ÃæÀüµÈ ¼ÒÀÚ Æ¯¼º |
° ±³¼ö ¿¬±¸ÆÀÀº ´Ù°ø¼º ±¸Á¶ÀÇ È¯¿øµÈ »êÈ ±×·¡ÇÉÀ» È°¿ëÇÑ Àüµµ¼º ź¼Ò ±â¹ÝÀÇ À½±Ø ¹× ¾ç±Ø ¼ÒÀ縦 °³¹ßÇÏ´Â ÇÑÆí ¼Óµµ Ư¼ºÀÌ °³¼±µÈ °í¿ë·® À½±Ø°ú ¾ç±ØÀ» ÅëÇØ °í¿¡³ÊÁö·°íÃâ·ÂÀÇ ÇÏÀ̺긮µå ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ÀåÄ¡¸¦ ±¸ÇöÇÏ´Â µ¥ ¼º°øÇß´Ù.
¿¬±¸ÆÀÀº ¿ì¼± ¹èÅ͸®¿ë À½±Ø Àç·á·Î ´Ù°ø¼º ³ª³ë°áÁ¤ÀÎ ±Ý¼Ó-À¯±â °ñ°Ýü(Metal-Oraganic Frameworks, MOFs)ÀÇ ÅºÈ °úÁ¤À» ÅëÇØ 5~10 ³ª³ë¹ÌÅÍ Å©±âÀÇ ¸ô¸®ºêµ§ ±Ý¼Ó »êȹ° (MoO2)ÀÌ °áÇÕµÈ Åº¼Ò ±¸Á¶Ã¼¸¦ ¸¸µé¾ú´Ù. ÅºÈ °úÁ¤¿¡¼ ź¼Ò ±¸Á¶Ã¼¸¦ °¨½Î´Â »êÈ ±×·¡ÇÉÀº ȯ¿øµÇ¸é¼ Àüµµ¼º ź¼Ò °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+)ÀÇ Ä§Åõ¸¦ ½±°Ô Çϸç, ³ª³ë Å©±âÀÇ ±Ý¼Ó »êȹ°°ú ȯ¿øµÈ »êÈ ±×·¡ÇÉ ²®ÁúÀº Àü±â Àüµµµµ Çâ»óÀ» ÅëÇØ ³ôÀº ¿ë·®°ú °íÀ² ¹æÀü Ư¼ºÀ» º¸ÀδÙ.
¿¬±¸ÆÀÀº ÀÌ¿Í ÇÔ²² ÃàÀü±â¿ë ¾ç±Ø Àç·á·Î ¼¶À¯Çü Àüµµ¼º °íºÐÀÚ¸¦ ȯ¿øµÈ »êÈ ±×·¡ÇÉ ¸é¿¡ °¡±³È ½ÃÄÑ »õ·Î¿î ±¸Á¶¸¦ ¸¸µå´Â Á¦ÀÛ±â¼úÀ» Àû¿ëÇß´Ù. Àüµµ¼º °íºÐÀÚÀÎ Æú¸®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 µµÇÎ È¿°ú¿¡ ÀÇÇØ À½ÀÌ¿Â (PF6-)ÀÇ ÈíÂøÀ» °¡´ÉÄÉ ÇÑ´Ù.
Àüµµ¼º Æú¸®¾Æ´Ò¸° °íºÐÀÚ-ȯ¿øµÈ »êÈ ±×·¡ÇÉ ¾ç±ØÀº ȯ¿øµÈ »êÈ ±×·¡ÇÉ ´ëºñ 200% Áõ°¡ÇÑ ÀÌ¿Â ÀúÀå ¿ë·®°ú ÇÔ²² »ó¿ëÈµÈ È°¼ºÅº (activated carbon, AC)¿¡ ÁØÇÏ´Â ¿¡³ÊÁö ÀúÀå Ư¼ºÀ» 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°èÀÚ´Â "ÀÌ ÇÏÀ̺긮µå ÀüÁö´Â ±âÁ¸ ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸® ¼öÁØÀÇ °í¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¿Í ÇÔ²² ³ÐÀº ±¸µ¿ Àü¾Ð ¹üÀ§¿¡¼ °íÃâ·Â Ư¼ºÀ» º¸ÀδÙˮ¸é¼ "žçÀüÁö ¸ðµâ·Î ¼ö½Ê ÃÊ ³» ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´ÉÇؼ ±âÁ¸¿¡ ³ª¿Í ÀÖ´Â ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ½Ã½ºÅÛÀÇ ÇѰ踦 °³¼±Çß´Ùˮ°í ¸»Çß´Ù.
¿¬±¸¸¦ ÁÖµµÇÑ °Á¤±¸ ±³¼öµµ "¸®Æ¬ÀÌ¿Â ¹èÅ͸® ¼öÁØÀÇ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ´Â ¹°·Ð °íÃâ·Â ¹Ðµµ¿¡ ÀÇÇÑ ±Þ¼ÓÃæÀüÀÌ °¡´ÉÇÑ ÃÖ÷´Ü ¸®Æ¬ÀÌ¿Â ÀüÁöˮ¶ó°í ¼Ò°³ÇÏ¸é¼ "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
<ÀúÀÛ±ÇÀÚ © ³ëº§»çÀ̾ð½º, ¹«´Ü ÀüÀç ¹× Àç¹èÆ÷ ±ÝÁö>