[한국대학신문 신지원 기자] 조중상 충북대 공업화학과 교수 연구팀이 고집적된 CNT(탄소나노튜브) 다발로 구성된 섬유를 이용해 고효율의 flexible(휘어지는) 배터리를 개발하는 데 성공했다.

충북대학교(총장 김수갑)는 조중상 교수 연구팀이 전기전도성이 매우 높은 CNT 다발을 수십 나노의 Fe2O3(산화철)입자와 균일하게 복합화해 섬유형태로 고 집적이 가능한 공정기술을 개발함으로써 매우 유연하게 자유자재로 휘어질 수 있는 flexible 배터리를 개발했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 국제저명학술지인 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry:RSC) 학술지 Journal of Materials Chemistry A(재료화학회지A, Impact factor:9.931) 온라인판에 지난 10일자로 게재됐으며, 연구결과의 중요성을 인정받아 곧 출판되는 학회지의 표지논문으로도 선정됐다.

이 연구는 최근 몸에 착용하는 휴대전화 등 웨어러블 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 자유자재로 휘어지면서도 배터리의 성능은 유지되는 신개념의 차세대 에너지 저장장치가 주목받고 있으나 기존의 배터리는 딱딱한 소재의 부품들로 구성돼 있기 때문에 이러한 웨어러블 기기로의 적용이 어려우며 상용의 음극소재로 사용되는 흑연은 낮은 전지용량 및 출력 특성 때문에 고효율의 웨어러블 기기의 적용에는 한계가 있었다. 따라서 매우 유연하게 휘어지며 전기전도성이 높은 CNT를 금속산화물과 복합화한 전극소재를 개발하기 위해 지금까지 많은 방법들이 시도돼 왔으나 CNT들 간의 반데르발스 인력에 의한 CNT 응집현상 때문에 고 집적된 CNT로 구성된 섬유형의 시트형 전극은 기존 기술로 개발이 힘들었다.

조중상 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 유도함으로써 균일하게 분산된 Fe(acac)3–PAN–CNTs complex를 얻었다.

그 결과, 전기방사 공정을 통해 고 집적된 CNT 다발 내에 수십 나노의 Fe2O3(산화철) 입자들이 균일하게 분산된 섬유 형태의 신규 음극소재를 개발함으로써 자유자재로 휘어지는 유연성과 더불어 충방전 중 리튬이온 및 전자의 신속한 이동이 가능해져 전지의 성능을 크게 향상시켰다.

조중상 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.

한편, 이번 연구는 조중상 교수(교신저자)가 주도하고, 오세환씨(석사 2년)가 제1저자로 참여한 이번 연구는 청주대 김재광 교수 연구팀과 함께 한국연구재단 재원으로 기초연구실지원사업 및 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.