안전성과 환경친화 특성 각광 … 일본기업 본격연구에 나서 이온성 액체가 용매와 전지재료에 응용되면서 화학기업들의 주목을 끌고 있다.용매로서의 이용은 Green Chemistry와 관련해 관심이 집중되고 있다. Green Chemistry는 물질의 설계에서 합성, 사용, 폐기에 이르기까지 가능한 한 유해물질이나 위험물질을 사용하지 않고 환경에 부하나 악영향을 주지 않는 화학을 지향하는 것으로 이온성 액체가 적합한 것으로 평가받고 있다. 화학 프로세스에 있어 생성물을 분리·추출할 때 범용되는 유기용매는 휘발성이 지적돼 사용하는 데 조건이 붙고 사용 후에도 용매회수나 폐기 처리가 필요하나 이온성 액체는 증발하지 않기 때문에 유해가스를 발생하지 않고 인화의 위험성도 없다. 더욱이 이온성 액체는 물이나 유기용매에 용해되지 않아 생성물을 분액 처리함으로써 몇번이나 사용할 수 있어 청정 반응용매로서 Green Chemistry에 공헌할 수 있기 때문에 많은 주목을 받고 있다. 전지재료로서는 리튬이온전지, 연료전지 등 전해질로서 응용 가능성이 높아지고 있다. 전해액은 액체가 새거나 용매가 휘발될 우려가 있어 에너지의 고밀도화를 위해 더욱 안전한 성질이 요구되고 있는데, 부휘발성 및 이온 전동률, 넓은 온도범위에의 안전성에 따라 신규 전해질로서의 디바이스에 이온성 액체가 이용될 가능성이 높아지고 있다. 색소증감형 태양전지에 응용하는 방안도 검토중이다. 산업계에서는 Nisshinbo가 이온성 액체를 사용한 전기 2중층 Capacitor의 개발에 성공하는 등 실용화를 향한 개발사례가 조금씩 나오고 있으며 차세대형 전지의 개발연구 가운데 대학이나 공공 연구기관을 포함해 가장 활발하게 연구가 진행되고 있다. 다만, 이온성 액체를 공급하는 화학기업은 아직 많지 않은 상태이다. Stella-Chemifa, Morita Chemical, Koei Chemical, Nippon Gohsei, Sanko Chemical, Toyo Gosei 등이 최근 몇년간 생산에 착수했으며 Wako Pure Chemical, Kanto Kagaku, Tokyo Chemical 등 유명 시약기업들은 수입품을 포함해 공급하기 시작했으나 모두 샘플 정도의 양에 그치고 있다. 일본에서는 이온성 액체에 대한 기대가 커 유리 생산기업 등이 연구에 나선 것으로 알려지고 있다. 이온성 액체를 연구하는 대학도 증가추세를 보이고 있다. 한편, 식염으로 대표되는 염화나트륨은 나트륨과 염소의 이온결합에 의해 구성된 물질로 상온에서는 고체 형태이지만 열을 가해 섭씨 800도 이상의 고온이 되면 용해돼 액체로 변한다. 상온에서도 액체상태로 존재하는 염은 이온성 액체라고 부른다. 실온에서 액체인 이온의 존재는 1950년대에 이미 알려졌으나 주목을 받게 된 것은 10년이 채 되지 않았다. 이온성 액체가 주목을 받기 시작한 가장 큰 이유는 여러 독특한 특징·성질을 가지고 있기 때문으로 이온성 액체가 가진 기본적 특성의 첫번째는 영하 100도 내외에서 영하 200도, 혹은 그 이상의 폭넓은 온도범위에서 액체상태로 있으며 고도전율, 고내열성, 광전위창 등 독특한 특성이 있기 때문이다. 또 100도 이상의 고온진공에서도 휘발되지 않고 불연성으로 안전성이 높다는 것도 중요한 특성의 하나이다. 이온성 액체에는 여러가지 종류가 있는데, Kation(양이온)과 Anion(음이온)의 조합에 의해 다양한 물성을 나타내는 이온성 액체를 얻을 수 있어 불소 등 Halogen 원소를 포함한 음이온과 Pyridinium Ion, Imidazorium, Trimethylhexylammonium 이온 등을 양이온으로 한 조합이 알려져 있다. 이온의 조합으로 물성이나 특성을 조정할 수 있는 것도 이온성 액체의 독특한 특징 중 하나이다. 양이온으로서 Ethylmethyl Imidazorium (EMI), Vis<Trifluoromethylsulfonyl>Imide (TFSI), 음이온으로서는 Tetrafluoroboreto (BF4)나 Triflatetrifluoro Acetic Acid(CF3SO3)의 조합이 많으나 실태는 아직 밝혀지지 않고 있다. 또 실험실 수준을 고려하면 100종류가 넘는 이온성 액체가 만들어지는 것으로 보고되고 있다. <화학저널 2004/6/7> |
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