같은 합금도 '어디 놓느냐' 따라 성능 달라… 대구대 연구팀 규명

대구대 김보혜 교수 연구팀 연구 국제학술지 논문 게재
합금 조성 같아도 나노입자 위치 따라 에너지 저장성능 차이 규명
전기차·신재생에너지용 고성능 슈퍼커패시터 활용 기대

대구대학교 화학교육과 ACE 연구실 구성원들(왼쪽부터 이예진 학생, 김보혜 교수, 김가원 대학원생, 이재준 학생). 대구대 제공

대구대학교 연구팀이 합금 나노입자의 위치와 전자구조를 조절해 에너지 저장 성능을 높일 수 있는 차세대 전극 소재 설계 전략을 제시했다.

대구대 화학교육과 김보혜 교수 연구팀은 중엔트로피 합금 나노입자와 관형 탄소나노섬유를 결합한 전극 소재에 관한 연구 결과를 탄소 소재 분야 국제학술지 'Carbon(카본·Impact Factor 12.7)'에 게재했다고 밝혔다.

연구팀은 바나듐(V)과 망간(Mn), 아연(Zn), 루테늄(Ru)으로 구성된 중엔트로피 합금 나노입자를 관형 탄소나노섬유와 결합했다. 이후 나노입자가 탄소나노섬유의 내부와 외부에 형성되는 위치를 조절하고 구성 원소 사이의 상호작용과 에너지 저장 성능 변화를 분석했다.

그 결과 합금의 조성과 함량이 동일하더라도 나노입자가 형성되는 위치에 따라 에너지 저장 성능이 크게 달라지는 것을 확인했다.

기존 전극 소재 연구에서 중요하게 다뤄진 표면적뿐 아니라 나노입자의 공간적 위치와 소재 사이 계면에서 나타나는 전자구조까지 함께 고려해야 한다는 점을 보여준 것이다. 연구팀은 이를 토대로 고성능 에너지 저장장치를 위한 새로운 전극 소재 설계 방향을 제시했다.

이번 연구에는 대구대 화학교육과 김가원 대학원생이 핵심 연구자로 참여했다. 석사과정 2학기인 김 씨는 학부 3학년 때부터 김 교수의 ACE 연구실에서 실험과 분석을 수행하며 이번 연구를 진행했다.

김 교수 연구팀은 지난해 고엔트로피 소재 연구에 이어 올해까지 2년 연속 'Carbon'에 논문을 게재했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 향후 전기자동차 회생제동 시스템과 신재생에너지 완충 장치, 산업용 비상전원 등에 활용되는 고성능 슈퍼커패시터의 전극 소재 개발에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.

김보혜 교수는 "학부 시절부터 꾸준히 연구해 온 학생의 노력이 성과로 이어졌다는 점에서 뜻깊다"며 "학생들이 연구자로 성장하고 새로운 연구 분야에 도전할 수 있도록 지원하겠다"고 말했다.