과기정통부, ‘포스포린’ 에너지저장 원리 규명 주목

김슬기 기자 / 기사승인 : 2019-08-08 17:27:28
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8월의 과학기술인으로 박호석 교수 선정
포스포린 활용한 고효율 슈퍼커패시터 소재 개발 인정

박호석 교수 /과학기술정보통신부 제공

[아시아에너지경제]김슬기 기자=꿈의 신소재로 불리는 2차원 반도체 포스포린의 에너지저장 기작이 국내에서 규명됐다. 배터리 소재로만 알려졌던 흑린의 슈퍼 커패시터 메커니즘을 밝히고 고효율성을 도출했다는 점에서 눈길을 끌고 있다.

8일 과학기술정보통신부에 따르면 포스포린의 에너지저장 기작을 밝히고 에너지 저장장치로써 가능성을 입증한 성균관대 박호석 화학공학/고분자공학부 교수가 8월의 과학기술인으로 선정됐다. 박 교수는 그간 고효율 에너지저장 신소재 개발 연구로 주목을 받아왔다.

포스포린은 인에 고온고압을 가해 흑린이 된 이후, 흑린 표면을 원자 한층 두께로 떼어낸 2차원 물질로 에너지  준위 차인 밴드갭이 있어 전류를 제어하기 쉬운 것으로 알려져 있다.

다만 포스포린은 전기전도도가 낮아 고용량 발현이 어렵고 충전·방전 안정성이 떨어져 에너지저장 소재로 활용하는 데 한계가 있었다.

박 교수 연구진은 포스포린이 기존 이차전지와 달리 표면에서 산화·환원반응을 보이는 물리·화학적 특성에 주목하고 실시간 거동관측 기술로 환원 기작을 규명해 포스포린을 활용한 고효율·고출력·고안정성 슈퍼커패시터 소재를 개발했다. 기존 분자 수준의 표면제어로는 달성하지 못했던 포스포린의 부피팽창과 낮은 전도성 문제를 나노 구조화 및 화학적 표면제어 기술로써 해결한 것이다.

연구진은 실제 2차원 포스포린을 전극소재로 응용, 이론 용량의 92%를 사용해 상용 활성탄과 비교해 4배에 달하는 용량을 구현했다.

개발된 소재는 고속 충·방전 시에도 충전 대비 방전 용량이 99.6%로 유지되는 우수한 성능과 함께 5만 회에 달하는 장기 충·방전 후에도 약 91%의 용량을 유지하는 안정성을 보여줬다.

해당 연구와 관련 논문은 앞서 지난 2월 재료 분야 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 실린 바 있다.

박 교수는 “향후 포스포린의 에너지밀도 한계를 극복하면 고용량 에너지저장 신소재 개발과 다양한 전기화학 시스템 성능개선에 활용 가능할 것으로 기대한다”라고 말했다. 

 

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