■ 연구성과

- 세계적 화학 학술지 Phys. Chem. Chem. Phys. 전면 표지 논문 선정 -

o 최근 신재생에너지 관련 수요의 증가에 따라 전기에너지 저장장치의 개발이 중요해지고 있으며 이와 관련된 산업이 급성장하고 있다. 1990년대 중반부터 본격적으로 상용화되기 시작한 슈퍼 커패시터(super-capacitor)는 리튬-이온 배터리에 비해 출력 밀도가 높고 충·방전 속도가 빠르며 수명이 긴 장점을 가지고 있어 순간적인 고출력 에너지가 필요한 전자장치에서 활용되고 있다.

o 슈퍼 커패시터의 성능은 구동 전압에 크게 의존하기 때문에 넓은 전압 범위에서도 화학적으로 안정한 이온성 액체를 슈퍼 커패시터의 전해질로 활용하는 시도가 계속되고 있다. 그러나 전하를 띈 이온들로만 구성된 이온성 액체는 유기 전해질에 비해 전하밀도가 매우 높기 때문에 일반적인 슈퍼커패시터와는 다른 거동을 보인다.

서울대학교 화학부 정연준 교수 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 방법 중 하나인 분자동역학 방법을 활용하여 그래핀 전극과 이온성 액체 전해질로 구성된 슈퍼 커패시터의 충·방전 현상의 물리화학적 원리를 분자 수준에서 규명하였다.

연구팀은 이온성 액체 슈퍼커패시터의 경우 기존에 알려진 바와 달리 충·방전 과정 중 반대전하 이온(counter-ion)들의 흡착보다는 공전하 이온(co-ion)들의 탈착이 매우 중요하다는 점을 밝혔으며 이를 “비움 효과(vacating effect)”라고 명명하였다.

또한 이온성 액체의 경우 전극 표면에 존재하는 이온뿐만 아니라 시스템 전체 이온들의 집합적인 움직임을 통해 매우 빠른 속도로 충·방전이 일어날 수 있다는 점을 이론적으로 밝혔다.

본 연구는 전기장 변화에 따른 이온성 액체슈퍼커패시터의 거동에 대한 분자 수준의 이해를 진일보시킨 결과이며, 향후 이온성 액체를 활용한 슈퍼커패시터 및 다양한 전기장치의 성능 향상에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 세계적인 학술지 PCCP (Physical Chemistry Chemical Physics)에 2019년 1월 24일 온라인 출판되었으며, 논문의 우수성과 독창성을 인정받아 PCCP 3월호 전면 표지 논문(front-cover article)으로 선정되었다.(PCCP 2019년 제 13호, 3월 27일 출판)

본 연구는 삼성미래기술육성재단에서 시행하는 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행되었다.

출판 논문 : Understanding the charging dynamics of an ionic liquid electric double layer capacitor via molecular dynamics simulations, Chanwoo Noh and YounJoon Jung, Phys. Chem. Chem. Phys. 2019 DOI: 10.1039/c8cp07200k (2019년 1월 24일 온라인 출판, 2019년 3월 27일 저널 표지 출판 예정)

[붙임] 1. 연구결과 2. 용어설명 3. 그림설명 4. 연구진 이력사항

자료제공 : 화학부(02-880-4085)