차체에 충전… 배터리 없는 전기차 나오나

섬유형 슈퍼커패시터 국내 개발
탄소나노튜브 외장재 적용 가능

연구진이 개발한 탄소나노튜브 섬유형 슈퍼커패시터에 10㎏ 추를 매달면서 LED전구를 켰다. 재료연구원 제공

국내 연구진이 금속보다 강도가 우수하면서도 에너지를 저장할 수 있는 탄소나노튜브 섬유를 개발했다. 이는 별도의 배터리 없이 외장재를 배터리로 사용할 수 있다는 의미다.

한국재료연구원(KIMS) 김태훈 박사팀이 인하대 양승재 교수팀과 함께 탄소나노튜브 섬유를 이용해 세계 최초로 고강도 섬유형 슈퍼커패시터를 개발했다.

슈퍼커패시터는 리튬이차전지보다 에너지 저장 용량이 적은 대신 충방전을 매우 빠르게 할 수 있는 장치다. 연구진은 에너지 저장 특성을 가지면서 구조적으로 우수한 특성을 동시에 가질 수 있다면, 차량 및 드론 등의 외장재에 적용해 기존의 배터리를 제거함으로써 경량화가 가능해지고 이동 거리를 증가시킬 수 있을 것으로 전망했다.

10일 재료연구원에 따르면, 이 섬유형 슈퍼커패시터는 190.94㎽/㎤의 전력 밀도에서 7.54㎽h/㎤의 높은 에너지 밀도를 가졌다. 또한 굵기가 실처럼 얇아도 10㎏의 무게를 버텨내면서 정상적으로 충전과 방전이 가능했다. 이와 함께 2000번 넘게 접고 구부려도 성능이 떨어지지 않았다.

김태훈 박사는 "향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라, 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 우수한 전기전도성과 인장강도를 가진 탄소나노튜브 섬유를 합성했다. 여기에 에너지 저장을 위해 다공성 탄소를 붙였다.

또한 탄소나노튜브 섬유의 강도를 추가적으로 증가시키고, 다공성 탄소가 섬유로부터 떨어지지 않고 견고하게 붙어있을 수 있도록 표면처리했다. 최종적으로 본래 탄소나노튜브 섬유의 강도와 전기전도도를 유지하면서도 에너지 저장도 가능한 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 합성했다.

연구진은 이번에 개발한 탄소나노튜브 섬유 생산 및 응용 기술을 바탕으로 전자파 차폐, 방탄·복합 소재, 이차전지 등에 적용하는 후속 연구를 진행할 예정이라고 밝혔다.