태양광 충전: 자가 충전 슈퍼커패시터 개발

DGIST(총장 이건우) 김정민 선임연구원과 경북대 RLRC 이다민 연구원(총장 허영우)이 공동연구를 통해 고성능 자가충전형 에너지저장장치를 개발했다고 2일 밝혔다. 태양 에너지를 효율적으로 저장합니다.

연구팀은 전이금속 기반 전극물질을 활용해 기존 슈퍼커패시터 소자의 성능을 획기적으로 향상시켰고, 슈퍼커패시터와 태양전지를 결합한 새로운 에너지 저장 기술을 제안했습니다.

연구팀은 니켈 기반의 탄산염과 수산화물 복합재료를 이용해 전극을 설계하고, Mn, Co, Cu, Fe, Zn 등의 전이금속 이온을 첨가해 전극의 전도성과 안정성을 극대화했습니다.

이 기술은 에너지 저장장치의 성능을 크게 향상시켜 에너지 밀도, 전력 밀도, 충방전 안정성 등이 크게 향상되었음을 입증했습니다.

특히, 이번 연구에서 달성한 에너지 밀도는 35.5Wh kg⁻²로, 이는 기존 연구의 단위 중량당 에너지 저장량(5~20Wh kg⁻²)보다 현저히 높습니다.

전력밀도는 2555.6W kg⁻1로 기존 연구 값(-1000W kg⁻1)을 크게 웃도는 수준으로, 더 높은 전력을 빠르게 방출해 고전력 기기에도 즉각적인 에너지 공급이 가능함을 입증했습니다.

또한, 반복적인 충전 및 방전 주기 동안 성능 저하가 최소화되어 장치의 장기적인 사용성을 확인했습니다.

또한, 연구팀은 실리콘 태양전지와 슈퍼커패시터를 결합한 에너지 저장장치를 개발해 태양에너지를 저장하고 실시간으로 활용할 수 있는 시스템을 구축했습니다. 본 시스템은 에너지저장효율 63%, 전체효율 5.17%를 달성하여 자가충전형 에너지저장장치의 상용화 가능성을 효과적으로 검증하였습니다.

DGIST 나노기술연구부 김정민 선임연구원은 “이번 연구는 슈퍼커패시터와 태양전지를 결합한 국내 최초 자가충전형 에너지저장장치를 개발했다는 ​​점에서 의미 있는 성과”라고 말했습니다.

에너지저장장치의 한계를 극복하고 지속가능한 에너지 솔루션을 제시했습니다." 경북대학교 RLRC 이다민 연구원은 “자체충전 장치의 효율성을 더욱 향상시키고 상용화 가능성을 높이기 위해 후속 연구를 계속 이어갈 것”이라고 밝혔습니다.

이 연구는 DGIST 기관 핵심 프로젝트, 신진 연구자 프로젝트, 경북대학교 탄소 중립 지능형 에너지 시스템을 위한 지역 선도 연구 센터의 지원을 받아 수행되었습니다. 연구 결과는 12월에 저널 에너지 에 게재되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241230131926.htm