英 왕립화학회 학술지 표지논문 선정
[충청매일 최영덕 기자] 충북대학교는 공업화학과 조중상 교수 연구팀이 고집적된 CNT(탄소나노튜브) 다발로 구성된 섬유를 이용해 고효율의 flexible 배터리를 개발하는데 성공했다고 17일 밝혔다.
조 교수 연구팀은 전기전도성이 매우 높은 CNT 다발을 수십 나노의 Fe2O3(산화철)입자와 균일하게 복합화해 섬유형태로 고 집적이 가능한 공정기술을 개발함으로써 매우 유연해 자유자재로 휘어질 수 있는 flexible 배터리를 개발했다.
연구 결과는 국제저명학술지인 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry:RSC) 학술지 Journal of Materials Chemistry A(재료화학회지A, Impact factor:9.931) 온라인판에 지난 지난 10일자로 게재됐으며, 연구결과의 중요성을 인정받아 곧 출판되는 학회지의 표지논문으로도 선정됐다.
연구는 최근 몸에 착용하는 휴대전화 등 웨어러블 기기에 대한 수요가 증가하면서 자유자재로 휘어지면서도 배터리의 성능은 유지되는 신개념의 차세대 에너지 저장장치가 주목받고 있으나 기존의 배터리는 딱딱한 소재의 부품들로 구성되어 있기 때문에 웨어러블 기기로의 적용이 어려우며 상용의 음극소재로 사용되는 흑연은 낮은 전지용량 및 출력 특성 때문에 고 효율의 웨어러블 기기의 적용에는 한계가 있었다.
이에 따라 매우 유연하게 휘어지며 전기전도성이 높은 CNT를 금속산화물과 복합화한 전극소재를 개발하기 위해 지금까지 많은 방법들이 시도됐으나 CNT들 간 반데르발스 인력에 의한 CNT 응집현상으로 고 집적된 CNT로 구성된 섬유형의 시트형 전극은 기존 기술로 개발이 힘들었다.
조 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 PAN 고분자와 CNT를 각각 산 처리해 아마이드(amide)기 및 술폰산(sulfonic acid)기를 PAN에, 카복실(carboxyl)기를 CNT 표면에 생성시킨 후 수소결합을 유도해 균일하게 분산된 Fe(acac)3-PAN-CNTs complex를 얻었다.
그 결과 전기방사 공정을 통해 고 집적된 CNT 다발 내 수십 나노의 Fe2O3(산화철) 입자들이 균일하게 분산된 섬유형태 신규 음극소재를 개발해 자유자재로 휘어지는 유연성과 더불어 충방전 중 리튬이온 및 전자의 신속한 이동이 가능해져 전지의 성능을 크게 향상시켰다.
조 교수는 “고 집적된 CNT 다발로 구성된 flexible 전극은 기존 리튬 이차 전지의 성능을 크게 개선함과 동시에 자유자재로 휘어지는 유연성을 갖기 때문에 향후 몸에 착용해 사용하는 웨어러블 디바이스의 대중화를 크게 앞당길 수 있는 기술”이라고 전망했다.