국내 연구진, 저비용 탄소직물기술 개발…이차전지 소재 활용가능성 열었다

최태우 기자 / 기사승인 : 2019-11-20 10:13:24
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▲ KIST 손동익 박사팀이 탄소소재 직물로 개발한 리튬이온전지의 집전체 [사진=KIST]

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 선임연구원 손동익 박사, 전북대학교 김학용 교수 공동연구팀이 손상돼 사용할 수 없는 소재를 재활용해 탄소 방적 직물을 제작해 리튬이온 이차전지 소재로 적용할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.


웨어러블 전자 기기에서 필수적 구성요소 중 하나인 유연전극에 그간 다양한 소재가 적용돼 왔다. 허나 개발된 소재의 뛰어난 효율에도 불구하고 높은 제조비용과 소재의 물리·화학적 특성의 한계로 인해 상용화에 어려움이 있었다.

손동익·김학용 박사팀은 산업용 신소재 제조 과정 중 손상된 섬유(Oxi-PAN)를 재활용해 기존의 방적공정으로 실 형태로 만든 뒤, 편직공정을 통해 면섬유(방적직물)로 만들었다. 이후 안정화와 탄화공정을 거쳐 최종적으로 탄소 방적사와 탄소 방적 직물을 제조하는 데 성공했다.

연구팀이 만든 탄소 소재는 버려지는 섬유를 재활용하고 기존의 섬유 제조기술을 적용했다. 비교적 저렴하게 제조할 수 있어 상용화될 가능성이 크다.

연구진은 이 소재를 스마트의류에 적용 가능한 탄소의류와 탄소장갑으로 제조하고 실험을 통해 1만번 이상 반복적으로 접거나 구겨도 형태나 전기전도도가 유지되며 세탁도 가능할 만큼의 물리·화학적 안정성을 확인했다고 설명했다.

연구진은 제조한 탄소소재를 이차전지의 전극의 필수소재인 집전체로 활용했다. 적용된 탄소섬유 집전체는 기존의 알루미늄 집전체비 낮은 저항값과 향상된 성능을 나타냈다.

특히 1200번 이상의 굽힘 테스트에도 초기 대비 90%이상의 용량을 유지했고 탄소 방적 직물로 제작한 전극은 수차례의 충방전 테스트에도 우수한 성능을 보였다. 파우치형 리튬이온 이차전지는 자유롭게 변형 가능하며 높은 안정성과 유연성도 확인했다.

KIST 손동익 박사는 “세탁이 가능한 점, 구겨지고 비틀어도 원상복원이 가능한 저가의 탄소 방적 직물 개발은 에너지 저장 소재로의 응용뿐만 아니라 유연한 전자소재, 환경 소재 등 다양한 곳에 널리 응용이 가능할 것으로 생각된다”고 밝혔다.

해당 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구사업 및 국가과학기술연구회 창의융합연구사업으로 수행됐다. 전북대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 소재 분야 국제 저널인 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF: 6.864, JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재됐다.

 

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