화학뉴스

가정용 초음파 가습기를 이용해 <설탕물 안개>를 만들고 빠른 속도로 태워 신소재를 합성하는 기술을 국내 연구진이 개발했다.
산화주석(SnO2) 분말 형태의 신소재는 여러 겹의 공 모양으로 된 <노른자-껍질> 혹은 <공 속의 공> 구조로 돼 있으며, 고속 충·방전이 가능한 리튬2차전지(LiB)의 전극으로 사용될 잠재력을 지닌 것으로 알려졌다.
건국대 화학공학과 강윤찬 교수와 홍영준(박사과정)·손문영(석사과정)씨 등은 관련내용을 포함한 연구결과를 속표지 논문으로 4월24일 발표했으며, 나노분야 학술지 에도 소개했다.
노른자-껍질 구조의 소재는 전지에서 전해액과 전극 사이의 접촉면적을 극대화함으로써 고속 충·방전이 가능해 리튬2차전지나 촉매 등 다양한 분야에 활용될 잠재력이 있으나, 기능성분말 표면을 지지체로 코팅한 후 다시 기능성 재료를 덧씌운 다음 지지체를 제거하는 과정을 며칠에 걸쳐 반복하는 기존방식으로는 대량생산 공정 실용화에 한계가 있었다.
연구진은 가정용 가습기 40대를 조합해 자체제작한 대용량 물방울 발생장치를 이용해 단 몇초 만에 노른자-껍질 구조의 소재를 합성할 수 있는 공정을 개발했다.
<설탕물 안개>에 섞인 설탕이 고온의 반응기 안에서 몇 차례의 점화·소화 과정을 거쳐 타 버리면서 탄소-금속산화물 복합체를 거쳐 다중벽의 껍질을 가지는 노른자-껍질 구조의 산화주석 분말 신소재가 남게 된다.
또 합성된 노른자-껍질 구조 소재가 고속 충방전 특성을 지니고 있어 리튬2차전지용 음극소재로서 잠재력을 지니고 있음을 나타냈다. 노른자-껍질 구조가 전해액과 전극 사이의 접촉면적을 극대화해 고속 충·방전 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
연구책임자인 강윤찬 교수는 “해당공정은 차세대 리튬2차전지 개발에 활용될 수 있으며, 귀금속 등이 첨가된 넓은 표면적의 노른자-껍질 구조를 활용하면 촉매, 센서, 연료전지, 약물전달 등의 분야에도 폭넓게 사용될 수 있다”고 기대했다.