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[IT뉴스]슈퍼커패시터 '기공 막힘' 줄였다…급속 충·방전에도 용량 92% 유지

온카뱅크관리자

2026-09-04 17:47:24

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 <img alt="왼쪽부터 연구팀이 직접 설계·구축한 유동층 반응기, 단량체 증기를 공급하기 위한 반응라인 구성, 직접 제작한 맞춤형 유리 반응기, 기존 정적 VPP 장치. 임준형 국립공주대 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904174408900brgf.png" data-org-width="680" dmcf-mid="1fszCFOcL4" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904174408900brgf.png" width="658">
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 왼쪽부터 연구팀이 직접 설계·구축한 유동층 반응기, 단량체 증기를 공급하기 위한 반응라인 구성, 직접 제작한 맞춤형 유리 반응기, 기존 정적 VPP 장치. 임준형 국립공주대 교수 제공
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 짧은 시간에 많은 전력을 주고받는 슈퍼커패시터의 충·방전 성능을 높일 새로운 제조공정이 개발됐다. 새로운 공정으로 만든 전극은 빠른 충·방전에도 초기 전기 저장용량의 92.3%를 유지했다.
 한국연구재단은 임진형 국립공주대 교수팀이 증기와 분말의 접촉을 제어하는 '맞춤형 유동층 반응기'를 설계하고 이를 이용해 새로운 '동적 증가상 중합' 공정을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 지난달 27일 온라인 게재됐다.
 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 사이에서 이온을 흡착하거나 빠른 산화·환원 반응을 일으켜 전기에너지를 저장하는 장치다. 배터리보다 짧은 시간에 많은 전력을 공급하고 충·방전 속도가 빠르며 수명이 길다. 전기차의 회생제동이나 산업용 전력 보조·재생에너지 출력 안정화 등에 활용 가능하다.
 슈퍼커패시터 전극에는 미세한 구멍이 많은 '다공성 탄소'가 주로 사용된다. 탄소 내부에 전기가 잘 흐르는 전도성 고분자를 결합하면 전하 저장 능력과 전도성을 모두 높일 수 있지만 고분자가 탄소 입자 표면이나 기공 입구에 몰리면 문제가 발생한다. 전해질 이온의 이동통로가 좁아져 충·방전 속도가 빨라지면 전극 성능이 떨어진다.
 기존 증기상 중합 공정에서는 탄소 분말을 고정한 상태에서 고분자의 원료가 되는 '피롤 단량체 증기'를 공급한다. 증기가 분말 전체에 충분히 닿지 못하고 특정 위치에 고분자가 집중적으로 형성되는 한계가 있다.
 연구팀은 분말을 계속 움직이면서 단량체 증기를 공급하는 '맞춤형 유동층 반응기'를 직접 설계했다. 질소를 이용해 피롤 단량체 증기를 분말층 아래에서 지속적으로 공급하고 기계적 진동을 가해 분말이 뭉치거나 일부 통로로 흐르는 현상을 줄였다.
 연구팀은 같은 재료에 기존 정적 증기상 중합 방식과 새 공정을 적용해 각각 전극을 만들어 비교했다. 전자현미경·기체흡착·열분석·X선 분석을 종합한 결과 새 공정으로 만든 전극에서 전도성 고분자가 상대적으로 고르게 분산돼 나노기공으로 이온이 드나들 수 있는 통로가 더 잘 유지됐다.
 전기화학 성능에서도 차이가 나타났다. 충·방전 속도를 높였을 때 새 공정으로 만든 전극은 초기 정전용량의 92.3%를 유지했다. 기존 정적 공정으로 만든 전극은 37.0%에 그쳤다. 전자가 이동할 때 발생하는 전하이동저항도 기존 공정보다 약 93.1% 감소했다.
 임진형 교수는 "이 기술은 전지 전극, 촉매 지지체, 센서 등 다양한 다공성 소재의 기능화 공정에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.
 제1저자인 조영휘 박사과정생은 "후속연구를 통해 대량 처리를 위한 연속식 분말 투입·회수와 함께 증기 농도·온도·체류시간을 정밀하게 제어하는 기술을 확보하고 향후 다양한 다공성 소재와 에너지저장 소자에 적용할 계획"이라고 덧붙였다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1016/j.cej.2026.180798
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 <img alt="왼쪽부터 임진형 교수, 조영휘 박사과정생. 한국연구재단 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904174410210oaji.png" data-org-width="680" dmcf-mid="KP58HbYCip" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904174410210oaji.png" width="658">
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 왼쪽부터 임진형 교수, 조영휘 박사과정생. 한국연구재단 제공
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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