덴드라이트 형성 억제와 고에너지 밀도 구현을 통한 

차세대 아연 이온 커패시터 개발

기계공학과 전성찬 교수 연구팀(제1저자 Amar M. Patil 박사, 참여 저자 홍종우 석박통합과정, Sushanta K. Das 박사)은 "고용량 덴드라이트 억제 아연 이온 커패시터" 개발을 주제로 연구를 수행하였다. 본 연구는 기존 커패시터의 낮은 에너지 밀도와 리튬 이온 배터리의 안정성 문제를 해결하기 위해 고성능, 고안전성의 아연 이온 커패시터를 개발하는 데 초점을 맞추었다. 아연 이온 배터리는 수계 전해질을 사용하여 친환경적이고 비용 효율적이지만, 아연 음극과 전해질 간의 부반응 및 덴드라이트 형성 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪어왔다. 연구팀은 2차원 나노소재인 맥신(MXene)을 아연 음극에 코팅하고, Na 이온을 전해질 첨가제로 도입함으로써 덴드라이트 생성을 효과적으로 억제하는 데 성공하였다. 이를 통해 음극의 전기화학적 안정성이 향상되었으며, 장기 사이클 성능 또한 크게 개선되었다. 또한, 기존 연구에서 보고되지 않았던 니오븀(Nb) 기반의 맥신(MXene) 복합체를 양극 소재로 활용하여 높은 용량과 에너지 밀도를 갖춘 아연 이온 커패시터를 구현하였다. 이 기술은 고출력, 장수명, 고안전성을 요구하는 다양한 응용 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 웨어러블 디바이스 및 IoT 센서, 전력망 저장 시스템, 전기차 및 마이크로모빌리티 등에서 안정적인 에너지 저장 기술로 적용될 수 있다. 이번 연구는 리튬 이온 배터리의 한계를 극복하는 차세대 에너지 저장 기술의 기반을 마련했으며, 향후 산업 및 실용화 연구를 통해 대체 배터리 시장에서의 경쟁력을 확보할 것으로 기대된다. 이 연구는 세계적인 권위의 국제 학술지인 'Advanced Energy materials' (Impact Factor: 27.8, JCR 3.4%)에 게재되었으며, 연구의 우수성을 인정받아 저널 커버 논문으로 선정되었다.

관련 링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202570013