건국대학교 연구팀이 가정용 초음파 가습기를 조합해 리튬이차전지 등에 활용가능한 신소재 공정을 개발했다고 밝혔다.

24일 건국대에 따르면 화학공학과 강윤찬 교수와 홍영준 박사과정생, 손문영 석사과정생이 최근 노른자-껍질 구조의 신소재를 합성하는 간단한 공정기술을 개발해냈다.

노른자-껍질(yolk-shell 혹은 ball-in ball) 구조란 구형의 구 안에 움직일 수 있는 작은 구가 들어있는 구조로 리튬이차전지, 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등의 다양한 분야에 응용이 가능해 주목받고 있다.

그동안 노른자-껍질 구조의 대량생산 공정에 대한 연구는 활발히 진행됐었지만 속이 빈 구조를 만들기 위해 기능성분말 표면을 지지체로 코팅한 후 다시 기능성 재료를 덧씌운 다음 지지체를 제거하는 일련의 과정을 반복해야 해 최소 수일이 걸리고 소량만 합성할 수 있어 실용화에 한계가 있었다.

그런데 이번 연구로 공정 과정이 대폭 단축되면서 노른자-껍질 구조 소재의 대량합성이 현실화됐다.

이번 연구 결과 여러 겹의 속이 빈 구 형태를 만드는 핵심기술은 원하는 기능성 소재를 설탕과 함께 물에 녹여 가습기로 분무한 후 분무되는 미세물방울을 고온처리하는데 있었다. 이러한 점화와 소화가 순간적으로 일어나기 때문에 수 초 만에 노른자-껍질 구조를 만들 수 있게 되는 것이다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받았으며, 연구결과는 첨단재료지(Advanced Materials, 인용지수 13.877) 4월 24일자 속표지 논문으로 게재되었다. 한편 연구결과는 스몰지(Small, 인용지수 8.349)에도 게재되었다. (논문명 : One‐Pot Facile Synthesis of Double‐Shelled SnO2 Yolk‐Shell‐Structured Powders by Continuous Process as Anode Materials for Li‐ion Batteries.)

강 교수는 미세물방울을 활용한 첨단전자재료 합성분야에서만 300여편의 SCI(과학논문인용색인) 논문을 발표한 바 있고 사업화를 위해 국내산업체들과 활발한 공동연구를 진행 중이다.

강 교수는 “차세대 리튬이차전지 뿐만 아니라 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등에 다양하게 적용할 수 있는 신소재를 대량합성할 수 있는 차별화된 공정기술을 확보함으로써 향후 우리나라가 첨단 기능성소재 개발의 주도권을 잡을 수 있는 길이 열렸다” 고 밝혔다.

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