문준혁 교수, 환경친화적인 건식 나노입자 코팅 기술 개발
용액 사용하지 않아 입자 응집현상 없어 리튬-이온 전지보다 에너지밀도 2.5배 이상 높아
▲ 건식 공정을 통한 나노입자 형성의 개념도: 산화막을 기상으로 코팅하고, 열처리에 의해 탄소열 반응을 거치면, 고밀도로 코팅된 나노입자가 형성된다.
고려대학교 화공생명공학과의 문준혁 교수 연구팀이 용액을 사용하지 않고도 나노입자를 탄소나노튜브에 고밀도로 형성할 수 있는 기술을 개발했다. 본 연구 결과는 화학공학 분야의 국제적인 학술지 'Chemical Engineering Journal'(인용지수: 13.3)에 9월 28일 게재됐다.
* 논문명: Dry carbothermal reaction-enabled ultra-dense nanoparticle coatings for high-performance Li-S batteries * 논문 DOI 링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156229 * 연구실 X 링크: https://x.com/MoonLab_KoreaU/status/1848172127503229022 * 문준혁 교수 홈페이지: http://moonlab.korea.ac.kr
차세대 에너지 전극 소재로 주목받는 산화물 나노입자 코팅 탄소나노튜브는 높은 전도성과 활성 표면적으로 인해 에너지 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 그러나 기존의 용액 기반 코팅 방법은 서로 응집되는 등의 문제가 있어 고밀도 코팅에 한계가 있었다.
문준혁 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 건식 나노입자 코팅 기술을 도입했다. 이 기술은 탄소나노튜브에 얇은 산화막을 중착한 뒤, 탄소열 환원 반응을 통해 산화막을 나노입자로 전환하는 방식이다. 용액을 사용하지 않아 입자 응집 현상이 없기에 균일하고 고밀도의 나노입자 코팅이 가능하다. 연구팀은 이 기술을 적용해 제작된 나노입자 코팅 탄소나노튜브를 리튬-황 전지의 양극재로 적용했다. 그 결과, 해당 양극재는 최대 10.7mAh/㎠의 용량을 달성하며, 기존 리튬-이온 전지 대비 약 2.5배 이상의 에너지 밀도를 구현하였다.
▲ 전자현미경 이미지: 탄소나노튜브 표면에 수 나노미터 크기의 산화아연 나노입자가 균일하게 코팅된 모습이 확인된다.
연구를 지도한 문준혁 교수는 "이번 연구는 용매를 사용하지 않아 환경친화적 나노입자 코팅 공정을 제시했다는데 의의가 있다"며, "다양한 에너지 소재 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었다.
*기사 출처 1) 뉴시스. https://www.newsis.com/view/NISX20241014_0002919247 2) 뉴데일리. https://biz.newdaily.co.kr/site/data/html/2024/10/14/2024101400301.html 3) 베리타스알파. https://www.veritas-a.com/news/articleView.html?idxno=523611
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