국립창원대학교 기계공학부 윤태영 교수 연구팀이 연세대학교 연구진과 공동연구를 통해 전고체 슈퍼캐패시터(All-Solid-State Supercapacitor)의 성능 향상 메커니즘을 규명하고, 그 성과를 국제저명학술지 Small에 게재했다고 15일 밝혔다. 이번 연구에는 국립창원대 학부생 2명이 공동연구자로 참여해 의미를 더했다.
연구팀은 구리 폼 위에 1차원(1D) 코어–쉘 구조의 Cu₃P@NiCo₂O₄ 전극을 합성하고 슈퍼캐패시터 소자를 제작했다. 국립창원대 연구팀은 전산역학·계산화학 기법을 활용해 전극 성능 향상의 근본 메커니즘을 분석했다. 연구 결과, 계면에서의 전자 재구성(interfacial electronic reconstruction)이 전자 전달과 OH⁻ 흡착을 촉진하고 활성 사이트를 증가시켜 전기화학적 반응성과 장기 안정성을 동시에 높인다는 사실을 원자 수준에서 규명했다.
실험 결과, 개발된 전극은 604.8 C g⁻¹(1 A g⁻¹)의 높은 정전용량을 나타냈으며, 2만 회 충·방전 이후에도 88.2%의 용량을 유지했다. 제작된 전고체 슈퍼캐패시터 소자는 100.8 F g⁻¹(1 A g⁻¹)의 정전용량과 31.5 Wh kg⁻¹의 에너지 밀도를 달성했으며, 5천 회 사이클 후에도 97.6%의 안정성을 유지했다. 이는 기존 전극 시스템보다 뛰어난 성능으로, 현재 보고된 최고 수준임을 보여준다.
공동연구에 참여한 국립창원대 스마트제조융합전공 4학년 임송희 학생은 “교수님의 지도 덕분에 큰 성과를 경험할 수 있었고, 제가 직접 기여했다는 점이 자랑스럽다”고 소감을 전했으며, 기계공학전공 4학년 염준빈 학생은 “학부생 신분으로 국제 학술지에 논문을 게재하게 되어 영광스럽다. 전산 해석을 활용한 시뮬레이션 결과가 실제 실험과 일치하는 것을 확인하며 큰 보람을 느꼈다”고 밝혔다.
윤태영 교수는 “이번 연구는 실험과 전산모사를 긴밀히 결합해 성능 향상의 원리를 체계적으로 밝힌 성과”라며, “학부생들이 직접 참여해 국제적으로 권위 있는 학술지에 논문을 게재했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 강조했다.