10분만에 EV를 충전할 수 있는 구부릴 수 있는 새로운 슈퍼커패시터

• 연구원들은 높은 전력 밀도와 높은 에너지 밀도를 모두 제공하는 유연한 슈퍼커패시터를 구축했습니다.
• 180도 구부려도 성능 저하가 없습니다.
• 5,000회 사용 후에도 용량의 97.8%를 유지할 수 있습니다.

슈퍼커패시터는 모바일 전원 공급 장치를 위한 유망한 전기화학적 에너지 저장 장치입니다. 충전식 배터리와 전해 커패시터 사이의 간극을 메워줍니다.

안전한 작동, 높은 전력 밀도 및 긴 사이클 수명을 제공할 수 있지만 실제 적용은 낮은 에너지 밀도로 인해 제한됩니다.

이제 유니버시티 칼리지 런던(University College London)과 중국 과학 아카데미(Chinese Academy of Sciences)의 연구원들은 장기간 사용할 수 있도록 엄청난 양의 에너지를 빠르고 안전하게 충전하는 유연한 슈퍼커패시터를 설계했습니다.

기존 고출력 커패시터와 달리 좁은 공간에 많은 양의 에너지를 저장할 수 있다. 아직 개발 초기 단계지만 스마트폰, 웨어러블 기술, 전기차(EV) 등 다양한 애플리케이션에서 휴대형 전원으로 큰 잠재력을 보여주고 있다.

새로 개발된 이 슈퍼커패시터는 기존 배터리 기술과 함께 사용하거나 배터리를 대체하여 더 많은 전력을 제공할 수 있습니다.

폭발 위험을 최소화하는 액체 전해질을 포함하지 않으며 성능 저하 없이 180도까지 구부릴 수 있습니다. 이러한 기능으로 인해 웨어러블 기기 및 구부러진 스마트폰에 통합하기에 완벽한 후보입니다.

최적화된 자료

연구팀은 기공이 있는 특수 그래핀 전극 재료를 사용하여 새로운 디자인을 구축했습니다. 모공의 크기는 전하를 효율적으로 저장하기 위해 변경될 수 있습니다. 그들은 여러 구성으로 재료를 테스트했으며 기공 크기가 전해질의 이온 직경과 같을 때 장치가 가장 잘 작동한다는 것을 발견했습니다.

이 조정은 새로운 슈퍼커패시터에 두 가지 특성을 부여합니다.

이에 반해 기존 슈퍼커패시터는 이러한 특성 중 하나만을 보인다.

슈퍼커패시터의 최대 에너지 밀도는 리터당 88.1와트시(Wh/L)에 이르며, 이는 지금까지 탄소 기반 슈퍼커패시터가 달성한 가장 높은 에너지 밀도입니다.

참고:네이처 에너지 | DOI:10.1038/s41560-020-0560-6 | UCL

전기차에 사용되는 기존 납축전지의 에너지 밀도는 50~90Wh/L인 반면, 급속 충전 상용 기술은 일반적으로 5~8Wh/L입니다.

새로운 슈퍼커패시터의 에너지 밀도는 납산 배터리의 에너지 밀도와 비슷하지만 전력 밀도는 리터당 10,000W로 표준 납산 배터리보다 2배 더 높습니다.

6cm*6cm 슈퍼커패시터는 180도 구부려도 성능 저하가 없다. 또한, 5,000회 사이클 후에도 97.8%의 용량을 유지할 수 있습니다.

이러한 소형 에너지 저장 장치의 달성은 슈퍼커패시터의 실제 적용을 향한 중요한 단계를 나타냅니다. 빠른 충전 기능, 뛰어난 유연성 및 내구성으로 인해 소형 전자 제품 및 EV의 휴대용 전원 공급 장치에 완벽한 후보입니다. 몇 분 안에 휴대전화를 [0~100%] 충전하거나 10분 이내에 전기 자동차를 충전한다고 상상해 보세요.

읽기:단일 물방울은 100개의 LED 전구를 켤 수 있는 충분한 전력을 생산합니다.

현재 이 슈퍼커패시터는 상용화까지는 멀었다. 팀은 디자인과 효율성을 더욱 개선하기 위해 노력하고 있습니다.