박선아 교수팀, MOF 전극 활물질 활용 저장효율↑, 안전성↑ 입증
▲왼쪽부터 포스텍 화학과 박선아 교수, 이규원(석사과정)·박근찬(석박사통합과정) 대학원생.
포스텍(POSTECH·포항공과대학교) 화학과 박선아 교수 연구팀이 차세대 고성능 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터(Supercapacitor)의 성능을 크게 향상할 수 있는 전극 소재를 개발했다.
15일 포스텍에 따르면, 박교수 연구팀은 '펜던트(pendant) 도입'이라는 새로운 접근법을 이용해 슈퍼커패시터의 성능을 향상했다. 화학에서 펜던트는 주요한 구조물에 결합하여 특정 성질이나 기능을 부여하는 그룹을 말한다.
최근 전기차, 재생에너지 저장 시스템, 고속 충전 전자기기 등 첨단 기술의 수요가 점점 증가하면서 슈퍼커패시터와 같은 고성능 에너지 저장 기술이 각광받고 있다. 특히, 이차원 전기전도성 금속-유기 구조체(Metal-Organic Framework:MOF)가 또다른 슈퍼커패시터 전극 소재로 주목받고 있다.
연구팀은 MOF에 극성을 띠는 아민기(amine)기를 도입해 기공 내부의 친수성을 높여 전해질이 MOF 내부로 더 쉽게 이동하도록 유도했다. 이렇게 개선된 구조는 산화-환원 활성자리로의 전해질 이온 접근을 용이하게 해 빠른 산화-환원 반응을 유도해 에너지 저장 효율을 획기적으로 높였다고 부연설명했다.
또한, MOF를 전극 활물질로 활용한 슈퍼커패시터 디바이스 성능 평가에서 7000번의 충·방전 후에도 약 90% 이상의 성능을 유지하는 것으로 확인해 높은 안정성을 입증했다.
박선아 교수는 “큰 구조적 변화 없이 분자 단위에서 기공의 극성을 조절해 기공 환경과 전기화학적 특성 간의 상관관계를 규명함으로써, 차세대 전극 소재 개발에 있어 새로운 접근법이 될 수 있을 것"이라며 이번 연구의 의의를 강조했다.
이번 연구는 화학 분야 국제 학술지 '미국화학회지(Journal of American Chemical Society)' 최근호에 게재됐다.
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