![[사이언스임팩트(4)]高에너지 저장능력 지닌 신개념 탄소나노튜브섬유 개발](https://idailynews.news.fitplay.kr/media/remote?u=aHR0cHM6Ly9jZG4uaWRhaWx5bmV3cy5jby5rci9uZXdzL3RodW1ibmFpbC8yMDI0MDQvMTAyMTg0XzMyODI5XzQ5NDFfdjE1MC5qcGc&s=7a353bc04f4d615a2c3bfd0101dd542d)
기존에 파우더 형태의 탄소나노튜브를 섬유화해 전기화학 활성과 물리적 특성을 대폭 높인 새로운 개념의 탄소나노튜브각 국내 연구진에 개발됐다.
특히 유연하고 가벼우며, 뛰어난 기계‧전기적 특성을 지난 이 탄소나노튜브 섬유를 활용, 높은 에너지 저장능력을 가진 섬유형 전극 소재까지 개발, 향후 첨단 웨어러블기기를 포함해 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 기능성복합소재연구센터의 정현수, 김남동 책임연구원과 김승민 탄소융합소재연구센터 책임연구원 공동 연구진은 에너지 저장이 가능한 섬유형 전극 소재 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
파우더 형태의 탄소나노튜브에 산을 처리해 성질을 바꾼 뒤 섬유 형태로 만든 이 제품은 일반 탄소나노튜브섬유 대비 에너지 저장능력이 33배 높다. 기계적 강도는 3.3배, 전기 전도도는 1.3배 이상 증가했다.
연구진은 “순수한 탄소나노튜브 섬유만을 사용해 에너지 저장 전극 소재를 개발했기 때문에 섬유 고분자를 용매에 녹여 섬유로 만드는 ‘습식방사’로 대량 생산이 가능하다고 설명했다.
그간 탄소나노튜브 섬유는 유연하고 가벼우면서도 기계적·전기적 특성이 뛰어나지만, 질량당 면적이 작고 전기화학 활성이 부족해 전자 통로 역할을 하는 집전체로만 사용되고 활성물질을 표면에 코팅하는 방식을 주로 썼다.
하지만 이런 접근 방식은 추가 공정이 필요해 비용이 많이 들고, 장기간 쓰거나 물리적 충격을 받으면 활성물질이 섬유로부터 분리되는 한계가 있었다.
연구팀은 파우더 형태 탄소나노튜브를 섬유화해 일반 탄소나노튜브 섬유보다 에너지 저장능력 등 특성을 획기적으로 높이는데 성공했다고 강조했다.
연구팀은 실제 섬유형으로 고용량의 에너지를 저장하는 ‘슈퍼 커패시터’를 만들어 시험한 결과 매듭을 지어도 100%에 가까운 성능이 유지되고 5천번 구부림 테스트를 거친 후에도 95%의 성능을 유지했다고 덧붙였다.
연구진을 이끈 김승민 책임연구원은은 "일반 섬유와 탄소나노튜브 섬유를 직조해 디지털 시계의 손목 줄로 제작했을 때도 구부림이나 접기, 세척 뒤에도 잘 작동됐다"면서 "최근 이차전지의 도전재로 활용되며 다시 주목을 받기 시작한 탄소나노튜브가 훨씬 다양한 분야에 활용될 수 있음을 확인했다”고 의의를 설명했다.
공동연구자인 정현수 책임연구원은 “탄소나노튜브 섬유는 우리가 보유한 원천기술과 선진국과의 기술격차가 크지 않아 경쟁력이 있는 분야”라며 “비정형 에너지 저장 핵심 소재로 응용하기 위한 연구를 지속하겠다”고 밝혔다.
연구진은 이를 계기로 “슈퍼 커패시터에서 더 나아가 에너지 밀도가 높은 섬유형 배터리로 응용하기 위한 연구를 현재 수행 중”이라며 "연구 결과는 재료분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 지난해 12월 표지논문으로 게재됐다"고 밝혔다.
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