나노기술 및 정책 정보

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● 한국재료연구원 복합재료연구본부 기능복합재료연구실 김태훈 박사와 인하대학교 양승재 교수 공동 연구팀이 높은 에너지 저장 기능과 고강도 특성을 동시에 보유한 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 세계 최초로 개발

● 현재 사용 중인 에너지 저장 소재는 고강도 또는 고에너지 저장 기능 중 한 가지 특성만을 가지고 있는 경우가 대부분

● 연구팀이 개발한 소재는 가볍고 튼튼하면서도 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브 섬유를 이용해, 두 가지 특성(고강도, 고에너지)을 동시에 가지고 있다는 점이 특징

● 연구팀은 탄소나노튜브 섬유에 표면처리를 한 후, 다공성 탄소를 성장시켜 고강도 섬유형 슈퍼커패시터(super capacitor)를 제작했으며, 이를 통해 탄소나노튜브 섬유의 강도를 유지하면서 동시에 에너지 저장 특성까지 부여된 새로운 섬유형 소재를 합성

● 개발된 섬유형 슈퍼커패시터는 10㎏의 무게를 지지하면서도 정상적으로 충전, 방전이 가능한 것을 확인

● 기존 기술은 배터리와 하중을 지지하는 소재가 개별적으로 존재해야 했지만, 해당 소재는 두 가지를 하나로 대체할 수 있어, 향후 경량화용 소재 개발에 새로운 방향을 제시

● 특히, 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술은 경량화가 요구되는 전기자동차, 드론 및 우주·항공 분야에서의 활용이 기대

● 연구팀은 본 연구결과를 바탕으로 방탄소재, 초경량 복합소재 등에 활용하는 후속 연구와 탄소나노튜브 섬유의 대량생산 및 전자파 차폐용 탄소나노튜브 섬유 개발 등을 함께 진행 중임.

※ 용어설명

- 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT): 탄소가 가늘고 긴 모양으로 연결된 것으로, 지름이 1nm(나노미터)에 불과하지만 전기 전도율은 은과 비슷하고, 강도는 철강보다 100배 높은 특성을 보유

- 슈퍼커패시터(super capacitor): 리튬이차전지보다는 저장 용량이 적지만, 대신에 충/방전을 매우 빠르게 할 수 있는 에너지 저장장치 

※ Science Advances 게재(2022.01.05.), “All-in-one flexible supercapacitor with ultrastable performance under extreme load”

※ 과학기술정보통신부(한국재료연구원 에너지 생산 및 저장 소재 융합 특성재단형 직물소재 기술 개발 과제, 한국과학기술연구원 개방형 연구사업 4U 복합소재 개발사업) 지원