혁신적 플렉시블 슈퍼커패시터, 전기차 10분 충전 시대 연다
고출력·고에너지 밀도 동시 달성한 유연 슈퍼커패시터
UCL(유니버시티 칼리지 런던)과 중국과학원 연구진이 급속 충전하고 엄청난 에너지를 장기간 안전하게 저장하는 플렉시블 슈퍼커패시터를 개발했습니다.
슈퍼커패시터는 충전식 배터리와 전해 커패시터 사이를 잇는 유망한 전기화학 에너지 저장 소자. 안전 동작, 고출력 밀도, 긴 사이클 수명 장점 있지만 낮은 에너지 밀도로 실용화 제한적.
새 슈퍼커패시터는 기존 고출력 커패시터와 달리 미세 공간에 대용량 에너지 저장. 초기 개발 단계지만 스마트폰, 웨어러블, 전기차(EV) 등 휴대용 전원으로 큰 잠재력. 기존 배터리 기술과 병용하거나 대체해 더 많은 전력 공급 가능.
액체 전해질 미포함(폭발 위험 최소화), 180도 구부려도 성능 저하 없어 웨어러블과 플렉시블 스마트폰 통합에 최적.
최적화된 소재: 그래핀 전극과 기공 제어
연구팀은 기공이 있는 특수 그래핀 전극 소재로 새 설계 구현. 기공 크기 조절로 전하 효율적 저장. 다중 구성 테스트 결과, 기공 크기가 전해질 이온 직경과 일치할 때 최고 성능.
이 튜닝으로 두 가지 특성 동시 달성:
- 고출력 밀도: 충방전 속도
- 고에너지 밀도: 지속 시간
기존 슈퍼커패시터는 둘 중 하나만 나타냄.
기록적 성능 지표
- 최대 에너지 밀도 88.1 Wh/L: 탄소 기반 슈퍼커패시터 역대 최고
- 기존 EV용 납산 배터리 50-90 Wh/L, 급속 충전 상용 기술 5-8 Wh/L와 비교 우위
- 출력 밀도 10,000 W/L: 납산 배터리 대비 100배(두 자릿수) 높음
- 6cm×6cm 소자, 180도 굽힘에도 성능 저하 없음
- 5,000 사이클 후 용량 97.8% 유지
미래 전망
휴대폰 [0→100%] 몇 분, 전기차 10분 충전 상상 가능. 소형 전자기기·EV 휴대용 전원으로 실용화 향한 중요한 진전. 현재 상용화까진 먼 거리, 설계·효율 추가 개선 중.