나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 금속연구소와 영국 런던대학교 공동연구팀은 그래핀 기반 전기화학 콘덴서(condenser) 에너지 저장 기술 개발에 성공하여 이슈가 되고 있음. 전기화학 콘덴서는 충전이 신속하고, 출력이 크고, 순환 수명이 길고, 작업 온도 범위가 넓고, 안전 성능이 높은 등 강점을 보유하고 있기 때문에 대출력 전원으로 사용할 수 있으며, 하이브리드 전기 자동차, 백업 전원, 편리하게 휴대하는 전자 장비 등 분야에서 폭넓은 응용 전망을 가지고 있음. 하지만 전기화학 콘덴서는 배터리에 비해 에너지 밀도가 낮아 스마트 기기 등에 적용하기 어렵기 때문에 에너지 밀도를 향상시킬 필요가 있는 상황임. 산화 그래핀과 열팽창 환원 그래핀의 비율을 조절한 하이브리드 용액을 개발하고, 진공 추출 여과를 거쳐 시트 층 간격을 조절할 수 있는 복합 그래핀 기반 필름을 개발하였으며, 시트 층 간격에 대한 조절을 통해 전체 전극 소재 공극률(porosity)을 효과적으로 최적화하였음. 전극 소재의 공극 사이즈와 전해질의 이온 사이즈가 상호 매칭될 경우 공극의 공간 이용이 최적화되어 에너지 밀도를 극대화 할 수 있다는 점을 발견하였음. 전체 고체 상태 플렉시블 전기화학 콘덴서를 디자인하고, 그래핀 필름 전극 소재 자체의 양호한 굽힘 성능을 활용할 수 있도록 함으로써 전체 디바이스의 플렉시블 특성을 확보하였음. 스마트 디바이스를 개발하는 과정에서 실제 수요에 기반하여 회로 연결 방식을 바꿀 수 있도록 하고, 다양한 출력 효과를 실현하였음. 본 연구 성과는 ‘Nature Energy’ ("Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore-utilization towards compact capacitive energy storage")지 온라인 판에 게재됨.