화학뉴스

국내 연구진이 손상된 소재를 재활용한 탄소 소재 직물을 개발했다.
LiB(리튬이온전지) 등 에너지 저장 소재 뿐만 아니라 차세대 웨어러블(Wearable) 기기 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 손동익 박사(선임연구원), 전북대학교 김학용 교수 공동 연구팀이 손상돼 사용하지 못하게 된 소재를 재활용해 탄소 방적 직물을 제작하고 LiB 소재로 적용했다고 11월19일 밝혔다.
웨어러블 전자기기에서 필수적 구성요소 중 하나인 유연한 전극은 수많은 연구들을 통해 다양한 소재들이 적용되고 있으나 높은 제조코스트와 적용소재의 물리적·화학적 특성의 한계로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
KIST 연구팀은 산업용 신소재 제조과정 중 손상된 섬유(Oxi-PAN)를 재활용해 유연성이 뛰어나 방적, 직포, 부직포 가공이 용이한 직물을 제작하는데 성공했다.
우선, 손상된 섬유를 기존의 면섬유 제조기술인 방적공정을 통해 실 형태(방적사)로 만든 뒤 편직공정을 통해 면섬유(방적 직물)로 만들고 안정화 및 탄화공정을 거쳐 최종적으로 탄소 방적사와 탄소 방적 직물을 제조했다.
버려지는 섬유를 재활용하고 기존 섬유 제조기술을 적용해 저렴하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
연구팀은 해당 소재를 스마트 의류에 적용 가능한 탄소의류와 탄소장갑으로 제조했고 실험을 통해 1만번 이상 반복적으로 접거나 구겨도 형태나 전기전도도가 유지되며 세탁도 가능할 만큼 물리·화학적으로도 안정적 상태인 것을 확인했다.
아울러 연구팀은 제조한 탄소 소재를 2차전지 소재로 활용하기에 최적화된 구조임을 확인하고 2차전지의 전극의 필수소재인 집전체로 활용했다. 집전체는 전류를 전달하는 구조체이다.
적용된 탄소섬유 집전체는 기존 알루미늄 집전체에 비해 낮은 저항값과 향상된 성능을 나타냈다.
특히, 1200번 이상의 굽힘 테스트에도 초기 대비 90% 이상의 용량을 유지했으며 탄소 방적 직물로 제작한 전극은 수차례의 충·방전 테스트에도 우수한 성능을 유지했다.
파우치형 LiB는 자유롭게 변형이 가능하며 우수한 안정성·유연성을 나타냈다.
손동익 박사는 “세탁이 가능하고 구겨지고 비틀어도 원상복원이 가능한 저가의 탄소 방적 직물 개발은 에너지 저장 소재 뿐만 아니라 유연한 전자소재, 환경소재 등 다양한 곳에 널리 응용이 가능할 것”이라고 강조했다. (K)