나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 산시(山西) 석탄 화학 연구소 쑹옌(宋燕) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 석탄 액체화 찌꺼기 속의 아스팔트렌 혹은 전(前) 아스팔트렌을 탄소 소스로 사용하고 정전기 방사(紡絲)를 실행하는 방법과 용해되지 않는 탄화(炭化) 처리를 결합하여 플렉시블 다공성 나노 탄(炭) 섬유 부직포를 개발하고, 질산 예비 처리를 실행하고 공기 불 용해화, 방사 원액 속에 벤조산 첨가 등 방법을 통해 용해되지 않는 과정 속에서의 섬유 간 융합 현상을 효과적으로 해결하는데 성공하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 전기 방사(電紡絲), 불(不) 용해화, 탄화(炭化) 등 과정 생성물 구조와 형태 진화 법칙에 대한 탐색 작업을 실행한 동시에 슈퍼 커패시터, 리튬 이온전지와 칼륨 이온전지 등 신형 전기화학 에너지 저장 디바이스 분야에서의 부직포 응용 관련 연구를 실행하였음.

연구팀은 지난 2011년도부터 플렉시블 나노 탄(炭) 섬유 부직포 개발 및 구조에 대한 조정 제어 관련 연구를 실행하고, 열 고착성 페놀알데히드 수지를 탄소 소스로 사용하고, 폴리에틸렌 알코올을 방사(紡絲) 보조제로 사용한 동시에 정전기 방사, 고체화와 탄화(炭化) 처리를 실행하여 다공성 나노 탄(炭) 섬유 부직포 개발에 성공하였음.

연구팀은 방사(紡絲) 원액(原液) 속에서 다공성을 형성하는 보조제를 첨가하거나 후속 활성화 처리가 가능한 방법을 사용하여 나노 탄(炭) 섬유 부직포 비표면적과 다공성 구조에 대한 조정 제어를 실현한 동시에 마이크로 다공성 혹은 중공 특성을 보유한 나노 탄(炭) 섬유 부직포를 개발하였으며, 일정한 정도 상에서 전기화학 성능을 개선하는데 성공하였음.

연구팀은 질소 전구체를 대량 함유한 탄소 소스 혹은 암모니아 후처리 방법을 이용하여 플렉시블 나노 탄(炭) 섬유 부직포 상에 질소를 함유한 기능 그룹을 도입하여 전기화학 성능을 향상시켰으며, 방사(紡絲) 원액(原液) 속에 산화 그래핀을 첨가하여 흑연화 구조와 유사한 나노 탄(炭) 섬유 부직포를 개발하고 전기 화학 성능을 향상시켰음.

그 외, 연구팀은 높은 이론 비교 용량을 보유한 금속 산화물 혹은 금속 황화물을 도입하여 높은 비교 용량, 장 순환 수명을 보유한 복합 전극 소재를 개발하였으며, 동 복합 소재를 슈퍼 커패시터 양극 소재로 사용함으로써 1 A g-1 전류 밀도를 보유한 비교 용량을 1088.5 F g-1 수준에 도달시켰는데 전류 밀도가 20 A g-1 수준에 도달한다 해도 여전히 860.3 F g-1 수준을 유지할 수 있는 것으로 나타났으며, 리튬 이온전지 음극 소재로 사용할 경우 여전히 우수한 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 ‘Energy & Fuels’ ("Electrospun Coal Liquefaction Residues/Polyacrylonitrile Composite Carbon Nanofiber Nonwoven Fabrics as High-Performance Electrodes for Lithium/Potassium Batteries")지에 게재됨.