티탄산바륨 다층 축전기, 에너지 밀도 19.8J/㎤ 보고…상용 성능 검증은 남아
중국 연구진이 여러 원소와 실리카 보호층을 결합한 다층 세라믹 축전기에서 에너지 밀도 19.8J/㎤와 효율 89.3%를 보고했다. 높은 전기장에서 얻은 실험 결과로 상용 제품의 수명이나 생산성을 입증한 것은 아니다.
중국 칭화대 등이 참여한 연구진이 납을 쓰지 않는 티탄산바륨 기반 다층 세라믹 축전기의 에너지 저장 성능을 25일 국제학술지 《네이처 커뮤니케이션스》에 보고했다. 연구진이 제시한 회수 가능 에너지 밀도는 세제곱센티미터당 19.8줄, 에너지 효율은 89.3%다. 측정 때 가한 전기장은 센티미터당 1421킬로볼트였다.
원소 조합에 절연층까지 더한 설계
다층 세라믹 축전기는 세라믹 유전체와 전극을 겹겹이 쌓아 전기를 저장한다. 이번 연구진은 티탄산바륨 결정의 두 자리에 여러 원소를 넣고 결정 내부의 분극 상태를 조정했다. 세라믹 입자 표면에는 이산화규소(SiO₂)를 입혔고 전극과 세라믹 사이에도 보호층을 만들었다. 전기를 저장하는 성질과 높은 전압에서 견디는 성질을 함께 개선하려는 설계다.
논문이 보고한 수치는 특정 조성과 높은 시험 전기장에서 얻은 값이다. 축전기 전체의 저장량이나 배터리와 맞바꿀 수 있는 용량을 뜻하지 않는다. 연구진은 고온에서의 저장 성능도 보고했지만, 공개된 초기 판본의 초록에는 온도별 수치와 대량 제조의 수율·장기 수명 자료가 제시되지 않았다. 실제 제품 적용 가능성은 별도로 살펴야 한다.
다른 축전기와 단순 순위 비교는 어려워
앞서 별도 연구팀이 2월 같은 학술지에 발표한 티탄산바륨 기반 다층 축전기는 실온에서 19.0J/㎤와 효율 95.5%를 보고했다. 이 실험에서 가한 전기장은 1050kV/㎝였다. 두 연구는 재료 조성과 측정 조건이 달라 19.8과 19.0이라는 수치만으로 어느 기술이 우수하다고 결론 내릴 수 없다.
이번 논문은 동료 심사를 거친 연구를 빠르게 공개한 초기 판본이다. 학술지는 최종 기록판으로 교체되기 전 편집이 더 이뤄질 수 있다고 안내했다. 연구진은 경쟁 이해관계가 없다고 밝혔으며 중국 국가자연과학기금 등의 지원을 받았다.
대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크
