KAIST, 초경량 나노 신소재 '맥신' 합성 성공

우리 연구진이 리튬-황 전지 양극 성능을 획기적으로 높일 것으로 기대되는 신소재 구현에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 이재우 생명화학공학과 교수팀이 산화 티타늄 나노입자를 고르게 분포시킨 판형구조 '맥신'을 합성하는데 성공했다고 25일 밝혔다.

맥신은 전자파를 흡수 및 차단하는 신개념 초경량 나노 신소재다. 전기전도도가 높고 유연해 센서나 에너지 저장 전환장치, 전자기차 폐수처리 재료 등 다양한 분야에 쓸 수 있다.

기존 맥신과 연구팀이 개발한 맥신 표면 이미지
기존 맥신과 연구팀이 개발한 맥신 표면 이미지

맥신을 리튬-황 전지 양극 물질로 쓰려면 활물질인 황을 수용하는 공간을 제공해야 하고 '셔틀 현상'을 막을 수 있어야 한다. 셔틀 현상은 방전 중 중간물질인 폴리설파이드가 전해질에 녹아 양극과 음극 사이에 확산, 성능 저하를 초래한다. 그러나 맥신은 내부나 표면에 틈이 많지 않아 리튬 폴리설파이드와 상호작용이 적다.

연구팀은 맥신이 포함된 수용액에 초음파를 주입, 단일 맥신 층을 다량으로 제조해 충분한 공간을 확보했다. 동시에 맥신 층에 이산화탄소(CO₂)를 반응시켜 표면에 리튬 폴리설파이드가 흡착할 수 있는 산화 티타늄 나노입자를 고르게 합성시키는 방법으로 문제를 해결했다.

이재우 KAIST 교수
이재우 KAIST 교수

연구팀이 개발한 판형 맥신 제작 기술을 활용하면 길이 50~100나노미터(㎚), 지름 20㎚ 땅콩 모양 나노입자가 형성된 판형 맥신을 만들 수 있다. 이는 맥신 전구체 종류에 상관없이 적용할 수 있다.

이동규 박사과정
이동규 박사과정

제1 저자인 이동규 박사과정 학생은 “제조한 산화 금속 판형 맥신으로 리튬-황 전지의 양극뿐 아니라 셔틀 현상을 이중으로 방지하는 필름형태 분리막을 제조할 수 있다”며 “전극 및 다양한 에너지 저장장치 소자에 사용될 것■ 이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com