미래형 배터리 전기흐름 원리 찾았다

2015.04.15 18:00
국내 연구진이 배터리 같은 전기화학 장치 내부에서 전류가 흐르는 물리학적 원리를 새롭게 규명했다. 미래형 고효율 배터리 개발이 가능한 기초, 원천기술 개발로 이어질 것으로 기대된다.
 
김성재 서울대 전기정보공학부 교수팀은 액체의 흐름을 관찰할 수 있는 나노유체역학장치를 이용해 nm(나노미터, 1nm는 10억분의 1m) 수준의 구조물에 들어있는 액체의 전기 전달 원리를 새롭게 규명했다고 15일 밝혔다.
 
전기는 고체는 물론 물과 같은 액체에서도 흐른다. 이런 액체를 고체로 만든 통에 넣어 둔 경우, 액체와 고체가 맞닿는 면에 전기가 흐르면서 미세한 전기이중층(전기층)이 형성된다. 전기가 흐르는 길이 한 겹 더 생기는 셈이다.
 
이렇게 생긴 전기층은 두께가 너무 얇아 평상시엔 거의 관찰되지 않지만 나노구조의 첨단 전기제품 속에서는 큰 의미가 생긴다. 그러나 지금까지 이런 전기층에 흐르는 전류량과 전압의 크기를 측정하고, 그 원리를 실험적으로 증명한 사람은 없었다.
 
김 교수팀은 먼저 나노구조물 속에서 액체의 흐름을 관찰할 수 있는 나노유체역학장치를 만들었다. 이 장치를 이용해 실험을 계속한 결과, 액체와 고체의 접촉면에 생긴 전기층 내부로 흐르는 전류량이 액체를 따라 흐르는 전류량보다 훨씬 많다는 사실을 처음으로 발견했다. 연구팀의 추가 실험 결과 액체와 접촉하는 고체 면적이 넓을수록 전류의 흐름이 좋아져 배터리 등의 전기 효율 역시 크게 증가했다.
 
연구팀은 이번 성과가 배터리나 해수담수화 장치 등의 각종 전기화학제품의 특성을 분석하는 데 큰 도움이 될 것으로 보고 있다. 이런 제품에는 나노구조막이 필수적으로 쓰이기 때문이다.
 
김 교수는 “이 원리를 이용하면 낮은 전압에서 높은 전류량을 얻을 수 있으며 액체 의존도가 낮아져 전압이 한결 안정된 제품을 개발할 수 있다”면서 “전기를 생산하는 배터리나 전기를 소모하는 담수화 장치 등의 전기적 효율을 크게 향상 할 수 있는 핵심 기술로 활용될 수 있다”고 밝혔다. 
 
연구성과는 물리학 저널 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 3월 16일자 온라인판에 게재됐다.
 
서울대 제공
서울대 제공

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