새로운 그래핀 혁신으로 에너지 저장 능력 강화

에 발표된 연구 결과에 따르면 네이처커뮤니케이션즈연구진은 슈퍼커패시터가 기존 납축 ​​배터리와 비슷한 에너지 수준을 유지하면서 기존 배터리 설계보다 훨씬 더 빠르게 에너지를 방출할 수 있는 새로운 탄소 기반 소재를 개발했습니다.

슈퍼커패시터는 배터리에 사용되는 화학 반응 대신 정전기 전하 저장에 의존하는 에너지 저장 장치의 개발 중인 범주입니다. 오랫동안 해결해야 할 과제는 에너지 저장에 필요한 탄소 표면적 중 아주 작은 부분만 사용할 수 있다는 점이었습니다.

Carbon의 잠재력을 더 많이 활용하세요

이번 연구에는 Monash 기계항공우주공학과의 2D 재료를 이용한 첨단 제조(AM2D)를 위한 ARC 연구 허브 소장인 Mainak Majumder 교수가 참여했습니다.

Majumder 교수는 “우리 팀은 단순히 재료의 열처리 방식을 변경하여 더 많은 표면적을 확보하는 방법을 보여주었습니다.”라고 말했습니다.

“이 발견을 통해 우리는 많은 응용 분야에서 배터리를 교체하기에 충분한 에너지를 저장하고 훨씬 더 빠르게 전달할 수 있는 고속 충전 슈퍼커패시터를 구축할 수 있습니다.”

혁신적인 그래핀 아키텍처가 혁신을 주도합니다

연구진은 호주의 풍부한 자원인 천연 흑연에서 생성된 다중 규모 환원 그래핀 산화물(M-rGO)이라는 새로 설계된 재료 아키텍처에서 이러한 진전을 추적했습니다.

신속한 열 어닐링 공정을 통해 팀은 이온이 탁월한 속도와 효율성으로 이동할 수 있도록 제어된 경로를 갖춘 고도로 구부러진 그래핀 구조를 형성했습니다. 이를 통해 단일 장치에서는 거의 달성할 수 없는 높은 에너지 밀도와 높은 전력 밀도를 모두 갖춘 소재가 탄생했습니다.

실제 장치의 성능 기록

ARC AM2D Hub의 연구원이자 해당 연구의 공동 저자인 Petar Jovanović 박사는 Monash 슈퍼커패시터가 파우치 셀 장치에 통합되었을 때 다음을 입증했다고 설명했습니다.

• 최대 99.5Wh/L의 체적 에너지 밀도(이온성 액체 전해질)
• 69.2kW/L의 높은 전력 밀도
• 뛰어난 사이클 안정성을 갖춘 급속 충전 기능.

Jovanović 박사는 “이러한 성능 지표는 탄소 기반 슈퍼커패시터에 대해 보고된 것 중 가장 좋은 것 중 하나이며, 결정적으로 공정이 확장 가능하고 호주 원자재와 호환 가능하다는 것”이라고 말했습니다.

상업적 사용을 향한 움직임

Monash 대학에서 분사한 Ionic Industries의 CTO이자 이번 연구의 공동 저자인 Phillip Aitchison 박사는 이 기술을 상용화하려는 노력이 이미 진행 중이라고 언급했습니다.

Aitchison 박사는 “Ionic Industries는 이와 같은 혁신 기술을 상용화하기 위해 설립되었으며 현재 이러한 그래핀 재료를 상업적으로 대량 생산하고 있습니다.”라고 말했습니다.

“우리는 에너지 저장 파트너와 협력하여 높은 에너지와 빠른 전력 공급이 필수적인 시장 주도 응용 분야에 이러한 혁신을 가져오고 있습니다.”

이 프로젝트는 호주 연구 위원회(Australian Research Council)와 미 공군 후원 연구실(Office of Sponsored Research)의 지원을 받았으며 저탄소 에너지 미래를 위한 재료 발전이라는 Monash University의 광범위한 목표와 일치합니다.