충격파를 이용한 친환경 탄소 소재의 슈퍼 캐퍼시터 성능 극대화 연구 발표

충격파및기체역학 실험실의 김익현 교수 연구팀이 진행한 최신 연구에 따르면, 전통적으로 수처리 재료로 사용되어 온 스트리크노스 포타토룸(Strychnos potatorum) 씨앗을 활용해 새로운 활성탄소 소재 개발에 성공했다고 밝혔다.

연구진은 Strychnos potatorum 씨앗을 고온에서 탄화시킨 후, 포타슘 하이드록사이드(KOH)를 이용한 화학 활성화 과정을 통해 초기 활성탄소를 제조했다. 이어서, 자체적으로 개발한 압력구동 충격파관 장치를 통해 이 활성탄소에 충격파 유동을 노출시켜 다공성 구조와 표면적을 획기적으로 향상시켰다.

이번 연구는 Journal of Physics and Chemistry of Solids 논문지에 'Acoustic shock-driven porosity tuning in Strychnos potatorum carbon for advanced supercapacitor applications' 라는 제목으로 게재됐다. 

연구 결과, 충격파 유동에 노출된 활성탄소(SPAC200)는 기존 방식으로 제조한 활성탄소에 비해 월등히 뛰어난 전기화학적 특성을 나타냈다. 

특히 이 소재는 최대 290 F/g의 우수한 비정전용량을 기록하였으며, 이를 기반으로 제작된 슈퍼커패시터 소자는 10,000회 이상의 반복적인 충·방전 후에도 초기 용량의 92.4%를 유지하는 높은 내구성을 입증했다. 

또한 소재의 에너지 밀도(23.1 Wh/kg)와 출력 밀도(583.09 W/kg) 역시 우수한 수준으로 나타나, 향후 산업적 응용 가능성에 대한 기대를 높였다.

연구책임자인 김익현 교수는 “이번 연구는 친환경적이고 경제적인 바이오매스를 활용하여 고성능 슈퍼커패시터 제조의 새로운 가능성을 제시했다”며, “특히 충격파 유동을 통해 활성탄소 소재의 성능이 획기적으로 향상될 수 있음을 입증한 연구”라고 강조했다. 

이번 연구는 계명대학교 충격파 및 기체역학 실험실 소속 Sivaprakash 박사연구원이 제1저자로 참여했으며, 김익현 교수의 지도 아래 인도 Bharathidasan University의 Centre for High Pressure Research 연구진과 함께 수행한 국제 공동연구이다.

관련논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2025.112748