공과대학

고출력 및  장수명 특성을 동시에 구현한 하이브리드 나노 발전기 및 배터리 개발
관련 분야 최고 수준 학술지 「Small」 게재

동국대 공과대학 에너지신소재공학과 김현석 교수 연구팀은 충남대 윤순길 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 비스무트 할로겐화 페로브스카이트(MA3Bi2I9) 기반 하이브리드 나노발전기 및 리튬이온 배터리를 개발했다.

페로브스카이트 소재는 높은 유전성, 압전성, 전기화학적 특성으로 인해 에너지 하베스팅 및 저장장치 분야에서 주목을 받고 있다. 특히 비스무트 할로겐화 페로브스카이트는 에너지 하베스팅에 특화된 소재로서, 마찰 전기 및 나노발전기(TENGs)에 접목한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

김현석 교수 연구팀은 비스무트 할로겐화 페로브스카이트 나노발전기를 리튬이온배터리에 접목시켜 자가 나노발전기 및 리튬이온배터리 기술을 혁신적으로 제시했다. 비스무트 할로겐화 페로브스카이트의 기계적인 발전 특성을 활용해 에너지를 수확하고, 수확된 에너지를 리튬이온 배터리에 저장 할 수 있다. 본 연구팀이 개발한 하이브리드 나노 발전기 기반 리튬이온 배터리는 자가발전 장치가 필요한 소형 전자제품, 웨어러블 디바이스 등에 접목 할 수 있는 가능성을 보여준다. 

비스무트 할로겐화 페로브스카이트를 합성하고, 하이브리드 나노발전 시스템을 설계하여 높은 마찰전기 출력을 달성하였으며, 제작한 고출력 나노발전기를 리튬배터리에 접목시켜 장기간 사이클 동안 87.5%의 용량 유지율과 2378.9 mAh/cm3의 비용량 값을 구현했다. 

김현석 교수는 “이번 연구로 인해 자가 나노 발전기를 리튬이온 배터리에 성공적으로 접목시켰으며, 에너지 하베스팅, 저장 및 리튬이온배터리 분야 연구에 유의미한 방법을 제시하여 향후 차세대 에너지 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다”고 밝혔다. 

이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, <Self-Charging Power System Empowered by Bismuth Halide Perovskite-based Hybrid Nanogenerator and Lithium-ion Battery>라는 제목으로 관련 분야 학술지 「Small (IF : 13.3)」 24년 5월 온라인에 게재됐다.