박테리아 이용 전극 합성공정 개발
박테리아 이용 전극 합성공정 개발
  • 김응기 기자
  • 승인 2013.07.31
  • 댓글 0
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차세대 에너지저장장치 슈퍼커패시터 전극에 활용 가능

[투데이에너지 김응기 기자] 국내 연구진이 박테리아 표면에서 슈퍼커패시터 전극에 활용될 수 있는 나노분말을 합성하는 공정을 개발했다. 이는 공정이 비교적 간단하며 친환경적인 상온공정으로 고성능 전극재료로 응용될 수 있는 금속 산화물 분말을 효과적으로 합성할 수 있어 주목받고 있다.

이번 연구는 김동완 아주대학교 에너지시스템학과 교수팀이 주도하고 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

DNA나 단백질, 바이러스 같은 생체고분자 물질을 지지체로 이용해 나노분말을 합성하는 경우 표면의 형상이나 성질이 다양해 독특한 구조를 얻을 수 있는데다 비표면적이 넓고 저온에서 제조할 수 있다. 그러나 생체고분자가 고가인데다 공정이 복잡하고 수율이 낮아 이를 극복하는 것이 관건이었다.

연구팀은 대량으로 얻을 수 있고 유전자 조작이 쉬운 박테리아 표면에서 기존 수 마이크로그램 내지 밀리그램 합성에 그치던 것을 수 그램 수준의 코발트 산화물 나노분말을 합성하는 공정을 개발해냈다.

또한 만들어진 코발트 산화물은 비표면적이 넓고 미세기공이 있어 차세대 에너지저장장치 등의 전극재료로 응용될 것으로 기대된다.

박테리아의 왕성한 증식력과 유전자 조작 용이성, 그리고 세포벽의 강력한 금속이온 흡착력으로 수율을 개선했으며 또한 상온·상압의 수용액에서 진행돼 공정이 간단한 점도 장점이다.

합성된 코발트 산화물 분말은 슈퍼커패시터의 축전용량을 높이고 수명을 늘리는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. 이는 박테리아 표면에 고르게 분포된 분말 입자들 사이의 미세기공 덕분에 전해질 내 이온의 접촉면적이 넓어져 에너지저장밀도가 높아지기 때문이다.

또한 4,000번 이상의 충방전 후에도 저장효율을 95% 이상 유지하고 충방전 속도도 빠른 장점이 있다.

김동완 교수는 “이번 연구의 성과는 차세대 에너지저장장치의 전극소재로 활용될 수 있는 다양한 조성의 금속 산화물 나노분말들을 높은 수율로 확보할 수 있는 합성공정”이라고 설명했다.

  

▲ 슈퍼커패시터: 리튬이차전지에 비해 에너지밀도가 낮지만 급속 충방전이 가능하고 출력밀도가 높아 보조 배터리나 배터리 대체용 등으로 쓸 수 있는 차세대 에너지저장장치. 높은 효율과 반영구적인 수명이 특징이다.


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