지 저장 성능을 크게 향상시키는 데 성공했다고 밝혔다.
∘ 이번 연구는 커패시터의 빠른 반응성과 긴 수명은 유지하면서, 배터리
에 가까운 높은 에너지 밀도를 구현했다는 점에서 차세대 에너지 저장
장치 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.
□ 기존의 레독스 슈퍼커패시터는 에너지 밀도를 높이기 위해 전해질 속
레독스 활성물질의 농도를 높이는 방식이 주로 사용됐다. 그러나 이 방
법은 활성물질이 전극 사이를 자유롭게 이동하며 에너지가 새어 나가
는 자가방전 현상을 유발하고, 충·방전 효율(쿨롱 효율)*도 떨어뜨리는
단점이 있었다.
∘ 또한 활성물질의 분자 크기나 구조에 따라 전극과 전해질이 만나는
계면에서의 반응 특성이 크게 달라질 수 있지만, 이에 대한 연구는 상
대적으로 부족한 상황이다.
* 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency, CE): 배터리가 충전된 전하량 대비 실제로 방
전할 수 있는 전하량의 비율을 나타내는 지표로서 배터리가 얼마나 효율적으로
충전과 방전을 수행하는지를 보여 준다.
□ 이에 연구팀은 펜틸바이올로젠(pentyl viologen, PV)과 브로마이드
(bromide, Br)를 각각 음극과 양극의 전해질로 사용하는 듀얼 레독스
시스템*을 도입했다. 두 물질은 충·방전 과정 중 고체 화합물을 형성
하며 자가방전을 억제하고, 에너지 손실을 최소화하는 효과가 있다.
∘ 아울러 연구팀은 레독스 활성물질이 효과적으로 흡착되고 확산될 수
있도록, 미세기공(2 nm 이하)과 중형기공(2~50 nm)이 적절히 분포된
다공성 탄소* 전극을 개발해 전극과 전해질 사이 계면의 반응을 극대
화했다.
* 이 시스템은 PV를 음극 전해질, 브로마이드를 양극 전해질로 사용하여, 두 물질
이 함께 반응하면서 에너지 저장 효율을 높이는 방식이다.