심욱 교수 연구팀, 고에너지-고출력 배터리커패시터용 음극재 개발

[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수(닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자 박지현 공학석사)은 고에너지-고출력 밀도를 달성하는 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재 개발에 성공했다고 23일 전했다.

본 연구에서는 높은 이론 용량을 보이는 니켈 전이금속 인화물(Ni2P)과 폴리아크릴로나이트릴 (PAN)을 전기방사하여 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체를 제작하고 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재로 사용하였다.

3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 음극재는 니켈 인화물 음극재와 비교하여 높은 나트륨 이온 확산성을 제공하여 충방전 주기 안정성이 46%에서 80%로 향상되었다.

또한 리튬을 대체할 수 있는 차세대 물질인 나트륨 기반의 저장 장치에서 구동하는 니켈 기반의 하이브리드 커패시터 음극재로써 기존 리튬 음극재 대비 경제적이며, 136 Wh/kg 및 16.3 kW/kg의 높은 에너지와 출력 밀도를 구현하는 데 성공하였다.

본 연구에서 개발된 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체 기반 하이브리드 커패시터 음극재는 기존 리튬 이온 배터리의 편의성과 우수한 에너지 특성을 구현함과 동시에 가장 큰 결점인 안정성 문제를 해결하였으며, 나트륨 이온 기반의 차세대 에너지 저장 장치에 대한 가능성을 제시했다.

이번 연구 결과는 2023년 4월 국제 학술지인 ‘Electrochimica Acta’ (피인용지수 7.336)에 게재되었다.