하다. 이러한 특성 때문에 태양광‧풍력과 같은 재생 가능 에너지원의
사용 증가로 슈퍼커패시터에 대한 수요 역시 늘고 있다.
□ 기존 슈퍼커패시터에 사용되고 있는 가연성의 유기 용매 기반 전해질
은 폭발의 위험과 환경 문제 등의 우려가 있어 최근에는 폭발의 위험
이 없고 친환경적인 물 기반의 수계전해질을 이용한 에너지저장장치
개발에 관심이 집중되고 있다.
∘ 하지만 일반적으로 물은 1.24 V에서 전기 분해되어 작동전압을 넓히
기 어렵고, 0 ℃에서 얼기 때문에 겨울철 에너지 저장 성능을 내는 데
한계가 있어 상용화 연구개발에 어려움이 있다.
□ 넓은 작동전압, 안정적인 SEI(Solid Electrolyte Interphase)*, 적절한 이온
전도도를 가지는 초고농도 수계전해질(water-in-salt electrolyte: WiSE)*
을 사용해 기존 수계전해질의 문제를 극복하려는 연구가 활발히 진행
되어 왔으나, 고농도 전해질에 대한 고려 없이 성능 개선에만 초점을
맞췄을 뿐 체계적인 분석은 이뤄지지 않았다.
* SEI(Solid Electrolyte Interphase): 전해질은 일반적으로 리튬염과 전해액, 첨가제
로 구성된다. 배터리의 충전 과정에서 전해질 내 물질들이 전기분해를 일으켜 전
극-전해질 계면에 고체막을 형성하는데, 이 고체막을 SEI라고 한다.
* Water-in-salt electrolyte(WiSE): 일반적인 수계전해질처럼 과량의 물에 약간의 염
이 녹아 있는 수용액과는 다르게 WiSE는 약간의 물에 과량의 염이 녹아 있는 초
고농도 수용액을 의미한다. [그림1 참조]
□ 이를 해결하기 위해 연구팀은 가격이 저렴한 포타슘 아세테이트(KOAc)
기반 초고농도 수계전해질 내 이온-이온간, 이온-물분자간 물리화학적
상호작용 및 전해질의 농도별 구조 특성을 분석하였고, 다공성 전극 표
면에서의 흡/탈착 거동을 밝혀냄으로써 이온전도도와 에너지 저장 특성
이 최적화된 농도(5 m(몰랄 농도): 용매 1 kg 당 용질의 몰수))를 확인
하는 데 성공했다. [그림2 참조]