[로이슈 전여송 기자] 성균관대학교는 화학공학과 김정규 교수 연구팀이 숙명여자대학교 김민철 교수 연구팀과 공동으로 수계 전해질 기반 슈퍼커패시터의 작동 전압과 에너지 밀도를 높인 전극 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.

이번 연구에서는 질소가 도핑된 탄소 지지체에 납(Pb) 단일원자를 도입한 전극(SA-Pb/NC)을 개발했다. 연구팀은 구조 분석과 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 납 단일원자가 질소와 배위 구조를 형성하며 균일하게 분산된 것을 확인했다고 설명했다.

연구팀에 따르면 해당 전극은 기존 전극 대비 약 2배 높은 전기 저장 용량(530.07 Fg⁻¹)을 구현했으며, 1.50V까지 확장된 작동 전압에서 출력밀도 375 Wkg⁻¹ 기준 에너지 저장 밀도 38.67 Whkg⁻¹를 기록했다. 이는 기존 전극보다 약 3.7배 높은 수준이라고 연구팀은 밝혔다.

또한 48시간 연속 구동 시험에서 수소 가스가 검출되지 않았으며, 1만 회 이상의 충·방전 시험 이후에도 초기 성능의 98.3%를 유지했다고 설명했다.

김정규 성균관대 화학공학과 교수는 "전극 표면의 물 분해 반응을 억제하면서 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있는 전극 설계 전략을 제시했다"며 "안전성과 성능을 갖춘 차세대 수계 에너지 저장 장치 개발에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, AEM 수전해기술육성사업, 신진연구자 인프라지원사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 'Advanced Energy Materials'에 지난 3월 30일 온라인 게재됐다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr