축전지 용량 개선을 위한 급속충전 기술개발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-07

고용량이며 오래 지속되는 축전지를 개발하기 위한 과정에서, 초점은 전형적으로 재료나 제조기술에 있다. 실시간으로 축전지 성능을 연구하고 관측하기 위한 새로운 방법을 개발하는 과정에서, 메릴랜드 대학교 연구팀이 축전지가 충전되는 방식의 변경을 통해 용량의 향상이 가능하다는 사실을 발견했다. 모나쉬 대학교 공동연구원들과 협력하여, 메릴랜드 대학교 재료과학 및 재료공학과(MSE, Materials Science and Engineering) 리앙빙 후(Liangbing Hu) 교수와 메릴랜드 대학교 에너지 연구센터의 그의 연구팀이 최초로 축전지 전극이 충전 중일 때 그것을 구성하는 개별 나노플레이크(nanoflakes)의 광학 및 전기 이동 특성을 측정하는데 성공했다. "기존의 측정 기술은 전극 전체의 전자화학적 특성과 기계적인 특성을 밝힌다. 그렇지만, 그것들은 개별 전극 플레이크의 전기적인 특성을 측정하는 데 사용될 수 없다. 우리가 새롭게 개발한 마이크로축전지 플랫폼은 그것이 가능하다. 이 기술은 우리가 더 우수한 축전지를 제작하는데 필요한 정보를 제공함에 있어서 더 중요하지는 않지만 비슷하게 중요한 것"이라고 후(Hu) 교수 연구그룹의 일원이자 이 논문의 선임저자인 재료과학 및 재료공학과 대학원생인 지아유 완(Jiayu Wan)씨는 말했다. 완(Wan)씨와 후(Hu) 교수 그리고 동료들은 시중에 사용되는 어떠한 축전지로도 이것을 할 수가 없었다. 그들이 개발한 기술의 핵심은 프로브 스테이션(probe station)이라고 불리는 장치 내에서 관측과 충전이 동시에 진행될 수 있는 것을 디자인하는 것이었다. 이 프로브 스테이션(probe station)은 전기 이동 특성을 측정할 수 있다. 그들은 현재 광학장치, 광전자장치 그리고 에너지 장치에서의 사용을 위해 연구 중인 물질인 2차원 이황화 몰리브덴(MoS2, molybdenum disulfide) 결정체로 제작된 전극을 가진 편평한 리튬-이온 마이크로축전지를 창조했다. 완(Wan)씨와 연구 어소시에이트인 웬홍 바오(Wenzhong Bao)씨는 나노플레이크 수준에서 새로운 축전지의 전극 저항을 시험하는 과정에서 충전되는 방식이 제작되는 방식만큼 중요하다는 사실을 발견했다. "측정 프로세스를 개발하는 과정에서, 우리는 같은 축전지가 전통적으로 충전될 때보다 용량의 3배 그리고 더 우수한 전도도를 가지도록 하는 우수한 급속 충전기술을 발견했다. 우리는 이것을 실증화해 낸 최초의 연구그룹이다. 축전지가 얼마나 오래 성능을 지속할 것인가와 상관이 있는 충전 속도에 관련된 연구는 있어왔지만, 에너지 저장능력과의 관계는 연구된 적이 없다"고 완(Wan)씨는 설명했다. 현재까지, 충전기술의 적용은 이황화 몰리브덴(MoS2)으로 제작된 리튬-이온 축전지에 제한되지만, 연구팀은 연구를 계속하고 다른 비슷한 성능의 축전지 사양과 전극을 찾고 있다고 완(Wan)씨는 말했다. 바오(Bao)씨, 후(Hu) 교수 그리고 완(Wan)씨와 공동 연구를 진행하는 사람에는 호주 모나쉬 대학교 미카엘 푸레르(Michael Fuhrer) 교수, 후(Hu) 교수 연구그룹 회원인 지아키 다이(Jiaqi Dai)씨, 페이 셴(Fei Shen)씨, 리후이 츄(Lihui Zhou)씨, 다니엘 우르반(Daniel Urban)씨, 유안유얀 리(Yuanyuan Li)씨 그리고 산디아 국립연구소의 양 리우(Yang Liu)씨와 카테리네 중조한(Katherine Jungjohann)씨와 메릴랜드 대학교 물리학과의 징한 카이(Xinghan Cai)씨가 있다. http://www.energyharvestingjournal.com/articles/faster-charging-technique-boosts-batterys-capacity-00007210.asp