한국전력공사 전력연구원(원장 김동섭)은 기존 활성탄 슈퍼커패시터보다 에너지저장밀도를 5배까지 늘릴 수 있는 ‘그래핀 슈퍼커패시터’ 개발에 착수했다고 밝혔다.
‘그래핀’은 탄소원자들이 벌집모양으로 연결되어 있는 단층 구조의 재료로 2004년 영국 맨체스터 대학에서 흑연에서 떼어내는데 성공했다. 비표면적이 2,630m2/g으로 활성탄의 1,500m2/g에 비해 매우 크고 전기전도도와 기계적 강도 등도 크게 향상된 투명 재료이다.
또 ‘슈퍼커패시터’는 비표면적이 큰 활성탄 전극을 사용해 축전에너지양을 크게 증가시킨 축전지의 한 종류로 100C(power/energy) 이상의 고속 충방전 가능, 반영구적인 수명, 낮은 임피던스 등의 우수한 특성이 있지만 전력계통에서 에너지저장용으로 사용되기에는 상대적으로 낮은 에너지밀도를 가진다.
전력연구원은 이번에 착수한 연구과제를 통해 오는 2019년까지 출력밀도 2kW/kg 이상, 에너지밀도 30Wh/kg 이상의 성능을 갖는 1,100V 그래핀 슈퍼커패시터의 모듈을 개발할 예정이며, 한국과학기술원, 비나텍(주), 가천대학교와 공동으로 '그래핀 슈퍼커패시터' 핵심요소 기술과 실증용 모듈을 개발하게 된다.
이번 과제는 기존 활성탄 슈퍼커패시터에 비해 5배 이상의 에너지밀도를 갖는 ‘그래핀 슈퍼커패시터’를 오는 2019년까지 개발하는 것을 목표로 하고 있으며, 개발이 완료되면 한전의 주파수조정용 ESS의 리튬이온전지(LiB)와 병행 운전을 통해 실증을 수행할 예정이다.
한전은 지난 2015년부터 주파수조정용 ESS 구축사업을 진행하고 있으며, 총 184MW 설비의 상업운전을 시행하고 있다. 주파수조정용 ESS에 사용되는 리튬이온전지(LiB)는 높은 에너지밀도를 갖지만 충방전 속도가 느리고 수명이 짧다.
반면 ‘그래핀 슈퍼커패시터’는 고속 충방전이 가능하고 수명이 길어 현재 주파수 조정용 ESS에 사용되고 있는 리튬이온전지와 병행 운전 시 ESS의 수명을 최대 2배까지 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
전력연구원 관계자는 “그래핀 슈퍼캐퍼시터는 리튬이온전지의 수명을 연장하기 위한 보완책이 될 뿐만 아니라 다양한 규격의 에너지저장장치 기술을 보유하게 돼 안정적이 계통 운영이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다.
