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[IT뉴스]-20℃에서·망치로 내려쳐도 말랑말랑'한 슈퍼커패시터 전해질

온카뱅크관리자

2026-10-29 16:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 포스텍 
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 <img alt="젤리 형태의 전해질에 망치를 내려쳐 강도 실험을 하는 장면. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029163324855bfze.png" data-org-width="680" dmcf-mid="V83MCO6bMP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029163324855bfze.png" width="658">
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 젤리 형태의 전해질에 망치를 내려쳐 강도 실험을 하는 장면. 포스텍 제공
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 -20℃에서도 얼지 않고 망치로 내리쳐도 충격을 흡수하는 젤리 형태의 전해질이 개발됐다. 유연하게 구부러지는 에너지 저장장치에 활용될 것으로 기대된다.
 포스텍은 김연수 신소재공학과 교수와 조창신 배터리공학과·화학공학과 교수 공동연구팀이 -20℃에서도 유연성을 유지하며 외부 충격도 흡수하는 유연 슈퍼커패시터용 하이드로겔 전해질을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 9월 28일 게재됐다. 
 슈퍼커패시터는 전하를 다량 모았다가 방출하는 방식으로 전기에너지를 저장하는 장치다. 화학 반응을 통해 전기를 화학에너지 형태로 바꿔 저장하는 배터리와는 개념이 다르다. 
 슈퍼커패시터는 전류가 흐르는 두 개의 전극 사이에 이온이 녹아있는 전해질을 끼운 형태다. 충전하면 전극 표면에 전하가 축적되고 이온이 이동하며 전기에너지가 저장된다.
 몸에 붙이는 패치나 소프트 로봇처럼 유연성이 필요한 기기에는 휘고 눌려도 멈추지 않는 에너지 저장장치가 필요하다. 고분자 그물망 속에 물이 함유된 '하이드로겔'은 젤리처럼 말랑한 특성 덕에 에너지 저장장치에 활용될 전해질로 주목받는다. 
 영하의 온도에서는 하이드로겔 속 물이 얼어서 딱딱해지고 외부의 힘에 의해 쉽게 부서진다. 온도가 낮아지면 전해질 속 이온의 이동 속도도 느려져 슈퍼커패시터의 성능이 저하된다. 
 연구팀은 물이 풍부해 이온이 원활하게 이동하는 층과 점토와 고분자로 이뤄져 외부 충격에 강한 층으로 이뤄진 이중층 구조를 설계했다. 연구팀은 하이드로겔을 진한 염화리튬 용액에 담가 물이 쉽게 얼지 않게 했다.
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 <img alt="하이드로겔 전해질 연구 모식도. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029163326264weqn.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="4iBoYyJ6i8" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029163326264weqn.jpg" width="658">
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 하이드로겔 전해질 연구 모식도. 포스텍 제공
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 연구팀이 개발한 전해질은 이온이 흐르는 정도인 이온전도도가 기존 하이드로겔보다 2.4배 높다. 잘 찢어지지 않고 버티는 힘인 '인성'도 약 21배 더 높다. -20℃로 냉각한 전해질에 쇠망치를 15cm 높이에서 떨어뜨려도 손상되지 않았다. 
 이번에 개발한 전해질로 만든 슈퍼커패시터는 -20℃에서 180도까지 구부려도 정상 작동했고 5000번 충전과 방전을 반복한 뒤에도 처음 성능의 91.6%를 유지했다. 
 김 교수는 "하이드로겔 안에서 힘을 견디는 영역과 이온을 전달하는 영역이 역할을 나누도록 설계해, 기계적 물성과 이온전도성을 함께 높인 것이 핵심”이라고 말했다. 
 연구에 참여한 박소연 신소재공학과 연구원은 "이번 소재가 추운 환경에서 사용하는 웨어러블 기기의 전원 기술에 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1016/j.cej.2026.182426
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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