국내 연구진이 금속보다 강도가 우수하면서도 에너지를 저장할 수 있는 탄소나노튜브 섬유를 세계최초로 개발했다.
이는 배터리를 장착하는 대신 차체에 충전을 해 달릴 수 있는 전기자동차가 등장할 수 있는 길을 연 것이라고 할 수 있어 주목된다.
한국재료연구원(KIMS) 김태훈 박사팀이 인하대 양승재 교수팀과 함께 탄소나노튜브 섬유를 이용해 세계 최초로 높은 에너지 저장 기능과 고강도 특성을 동시에 가진 고강도 섬유형 슈퍼커패시터를 개발했다고 10일 밝혔다.
현재 사용 중인 에너지 저장 및 구조용 소재는 고강도 또는 고에너지 저장 기능 중 한 가지 특성만을 가지고 있지만 이 연구팀이 개발한 소재는 가볍고 튼튼하면서도 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브 섬유를 이용해, 상기의 두 가지 특성을 동시에 가지고 있다는 점이 특징이다.
연구팀은 탄소나노튜브 섬유에 표면처리를 한 후, 다공성 탄소를 성장시켜 고강도 섬유형 슈퍼커패시터(super capacitor)를 제작했다. 이를 통해 탄소나노튜브 섬유의 강도를 유지하면서 동시에 에너지 저장 특성까지 부여된 새로운 섬유형 소재를 합성할 수 있었다.
연구팀은 개발된 섬유형 슈퍼커패시터가 무거운 무게를 지지하고 있는 중에도 정상적으로 작동하고 있음을 확인했다.
기존의 기술은 배터리와 차체 무게를 지지하는 소재가 별도로 존재해야 했지만, 이번에 개발된 소재는 두 가지 소재를 하나로 대체할 수 있어, 향후 경량화용 소재 개발에 새로운 방향을 제시했다는 측면에서 그 의미가 크다고 할 수 있으며 특히, 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술은 경량화가 요구되는 전기자동차, 드론 및 우주·항공 분야에서의 활용이 기대된다고 연구팀은 밝혔다.
연구책임자인 재료연 김태훈 선임연구원은 “다기능성 탄소나노튜브 섬유를 활용할 경우, 드론 등 미래 모빌리티의 주행거리 향상에도 많은 도움을 줄 수 있을 것”이라며, “향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라, 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구성과는 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 한국재료연구원의 ‘에너지 생산 및 저장 소재 융합 특성재단형 직물소재 기술 개발 과제’와 한국과학기술연구원의 개방형 연구사업 ‘4U 복합소재 개발사업’ 등의 지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 세계적인 학술지로 잘 알려져 있는 사이언스(Science)의 자매지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’誌 1월 5일자에 게재됐다.
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