미래창조과학부는 이차전지(리튬이온) 소재와 슈퍼커패시터 소재의 장점만을 조합한 하이브리드 에너지 저장기술을 개발했다고 10일 밝혔다.


새로운 개념의 하이브리드 에너지 저장 장치의 에너지 밀도와 출력 밀도 특성을 보여주는 그래프. / 미래부 제공
새로운 개념의 하이브리드 에너지 저장 장치의 에너지 밀도와 출력 밀도 특성을 보여주는 그래프. / 미래부 제공
이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업의 일환으로 KAIST 강정구 교수팀이 이룬 연구성과다. 새로 개발된 기술은 기존 이차전지보다 높은 에너지 밀도를 갖고 있으며 약 100배 빠른 급속 충전이 가능한 차세대 하이브리드 에너지 저장 기술이다.

기존 저장장치인 리튬이온 전지는 에너지 저장밀도(약 185Wh/kg 수준)가 높은 반면 충전·출력 특성(200W/kg)이 낮다. 또 슈퍼커패시터는 충전·출력 특성(20kW/kg)이 좋은 반면 에너지 저장밀도가 낮은 단점이 있다. 때문에 전기자동차와 같이 대용량‧고출력이 필요한 전지로서는 한계가 있다는 지적을 받아왔다.

이번에 연구팀이 개발한 하이브리드 에너지 저장장치 기술은 기존 리튬이온 전지와 비교하면 에너지저장 밀도는 1.5배 수준인 275 Wh/kg다. 충전·출력 특성은 23Kw/kg로 리튬이온 전지의 100배 이상이다. 기존 이차전지보다 높은 용량 뿐만 아니라 슈퍼커패시터에 상응하는 고속 충방전 성능을 가진다. 때문에 에너지저장 밀도(~200Wh/kg)에 도달하는데 걸리는 충방전 시간을 약 30초 정도로 단축하는 것이 가능하다. 최대 출력 시 20초 만에 약 130Wh/kg의 에너지저장 밀도를 달성하는 것이 가능하다.

김광호 하이브리드인터페이스기반 미래소재연구단 사업단장은 "이번 연구로 고용량의 에너지저장 밀도와 기존 연구에서 볼 수 없었던 우수한 입출력 특성을 갖는 급속충전이 가능한 원천소재를 개발했다"며 "미래용 전기자동차와 모바일 디바이스 등의 에너지저장 장치로 활용되는 미래핵심기술이 될 것으로 기대된다"고 말했다.