아주경제 이한선 기자= 국내 연구진이 가정용 초음파 가습기를 활용해 노른자-껍질 구조 신소재를 합성하는 새로운 공정기술을 개발해냈다.

미래창조과학부는 24일 강윤찬 건국대학교 화학공학과 교수와 박사과정 홍영준 학생 및 석사과정 손문영 학생이 이같은 기술을 개발했다고 밝혔다.

기술 개발로 수일 걸리던 공정을 수초 이내로 단축해 리튬이차전지 등에 활용할 수 있는 노른자-껍질 구조 소재의 대량합성이 가능해질 전망이다.

노른자-껍질 구조는 구형의 구 안에 움직일 수 있는 작은 구가 들어있는 구조로 리튬이차전지, 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등의 다양한 분야에 응용이 가능해 주목받고 있다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원을 받았으며 연구결과는 첨단재료지 24일자 속표지 논문 및 스몰지에도 게재됐다.

노른자-껍질 구조를 만들기 위해서는 기능성분말 표면을 지지체로 코팅한 후 다시 기능성 재료를 덧씌운 다음 지지체를 제거하는 과정을 반복해야 해 최소 수일이 걸리고 소량만 합성할 수 있어 실용화에 한계가 있었다.

강윤찬 교수 연구팀은 가정용 가습기 40대를 조합해 자체제작한 대용량 물방울 발생장치를 이용해 수초 만에 노른자-껍질 구조의 소재를 합성할 수 있는 공정을 개발했다.

합성된 노른자-껍질 구조 소재의 리튬이차전지용 음극소재로서의 고속 충방전 특성도 확인했다.

노른자-껍질 구조는 전해액과 전극 간의 접촉 면적을 극대화해 고속 충방전 특성을 높이는 것으로 나타났다.

여러 겹의 속이 빈 구 형태를 만드는 핵심기술은 원하는 기능성 소재를 설탕과 함께 물에 녹여 가습기로 분무한 후 분무되는 미세물방울을 고온처리하는데 있다.

고온에서 설탕의 탄소성분이 숯으로 변하고 결국에는 숯이 타버리면서 기능성소재만 남게 되는 순간적인 점화와 소화 과정이 연쇄적으로 일어나면서 노른자-껍질 구조를 만들 수 있게 된다.

강 교수는 “노른자-껍질 구조의 신소재를 대량 합성 할 수 있는 차별화된 공정기술을 확보한 것으로 차세대 리튬이차전지 개발 뿐만 아니라 귀금속 등이 첨가된 넓은 표면적의 노른자-껍질 구조를 활용해 촉매, 센서, 연료전지, 약물전달 등의 분야에 폭넓게 적용될 수 있다”고 밝혔다.