재료연구원 '다기능성 탄소나노튜브 섬유' 세계 첫 개발

기사내용 요약

기능복합재료연구실, 인하대 연구팀과 협력

고강도 특성에 에너지 저장 능력까지 우수

전기차, 드론, 우주·항공 분야 활용성 높아

[창원=뉴시스] 한국재료연구원 김태훈(왼쪽) 선임연구원과 논문 공동 제1저자인 천재영 선임연구원.(사진=한국재료연구원 제공)2022.01.10. [e-mail]

[창원=뉴시스] 홍정명 기자 = 한국재료연구원(KIMS)는 복합재료연구본부 기능복합재료연구실 김태훈 박사 연구팀이 인하대학교 양승재 교수 연구팀과 함께 에너지 저장 능력이 우수하면서 고강도 특성을 가진 '다기능성 탄소나노튜브 섬유'를 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.

연구원에 따르면 현재 사용 중인 에너지 저장 및 구조용 소재는 고강도 또는 고에너지 저장 기능 중 한 가지 특성만을 가지고 있는 경우가 대부분이다.

그러나 이번에 연구팀이 개발한 소재는 가볍고 튼튼하면서도 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브 섬유를 이용해 두 가지 특성을 동시에 가지고 있다.

연구팀은 탄소나노튜브 섬유에 표면처리를 한 후 다공성 탄소를 성장시켜 고강도 섬유형 슈퍼커패시터(super capacitor)를 제작하는데 성공했다.

이를 통해 탄소나노튜브 섬유의 강도를 유지하면서 동시에 에너지 저장 특성까지 부여된 새로운 섬유형 소재를 합성할 수 있었다.

개발된 섬유형 슈퍼커패시터는 무거운 무게를 지지하는 중에도 정상적으로 작동하고 있는 것으로 확인됐다.

기존의 기술은 배터리와 하중을 지지하는 소재가 개별적으로 존재해야 했지만, 연구팀이 개발한 소재는 두 가지 소재를 하나로 대체할 수 있어 향후 경량화용 소재 개발의 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

특히 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술은 경량화가 요구되는 전기자동차, 드론, 우주·항공 분야에서의 활용이 기대된다.

탄소나노튜브 섬유는 차세대 신소재로 주목받고 있으며 양산을 통해 제품에 적용하고 있는 기업은 미국에 1곳만 존재하는 실정이다.

[창원=뉴시스] 탄소나노튜브 섬유를 이용해 에너지 저장이 가능한 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 과정을 그린 모식도.(그림=한국재료연구원 제공)2022.01.10. [e-mail]

이번 연구 성과를 통해 국산화 및 수입산 대체효과는 물론이고 수출도 가능할 것으로 전망된다.

한국재료연구원 연구책임자인 김태훈 선임연구원은 "다기능성 탄소나노튜브 섬유를 활용할 경우 드론 등 미래 모빌리티의 주행거리 향상에도 많은 도움을 줄 수 있다"면서 "향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것"이라고 강조했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 한국재료연구원 ‘에너지 생산 및 저장 소재 융합 특성재단형 직물소재 기술 개발 과제’와 한국과학기술연구원 개방형 연구사업 ‘4U 복합소재 개발사업’ 등 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 세계적인 학술지인 사이언스(Science) 자매지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 1월 5일 자에 게재됐다.

한편, 국내 탄소나노튜브 섬유 연구 수준은 세계 최고 수준이지만, 아직 양산을 통해 제품 단계까지 도달한 회사는 없다.

미국의 헌츠맨(Huntsman)이 현재 탄소나노튜브 섬유를 양산해 적용 중인 유일한 산업체이다. 이처럼 아직 제대로 된 시장이 형성된 단계는 아니며, 헌츠맨에서 생산되는 섬유 또한 NASA, 미국 국방성 등에서 공급받아 사용하고 있는 것으로 알려져 민간 시장에서는 구할 수 없는 실정이다.

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