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배터리 핵심 소재로 거듭나는 CNT, 정제가 해답
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기술이전 사례
작성일
2025-03-06
조회수
274
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배터리 핵심 소재로 거듭나는 CNT, 정제가 해답



기능성복합소재연구센터 김대윤 박사

 


은행에서 종이 지폐를 세는 지폐 계수기의 정전기 방지 소재, 도로의 결빙 방지제, 자동차의 도장 등 다양한 산업에서 활용되는 소재가 있다. 이뿐만 아니라 의약품, 자동차, 항공, 반도체 분야에서도 널리 사용된다.

 

그 주인공은 바로 탄소나노튜브 (Carbon Nanotube, CNT)이다. CNT는 탄소 6개로 이루어진 육각형 구조가 서로 연결되며 원통 형태를 띠는 1차원 나노 소재로, 뛰어난 물리적, 화학적 특성 덕분에 첨단 소재로 주목받고 있다.

 

 특히, 최근 글로벌 전기차 시장이 급성장하면서 리튬이온배터리 (LIB) 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 CNT에 대한 관심도 빠르게 확대되고 있다. 니켈코발트망간 (NCM) 배터리에 사용되는 CNT의 경우 철 함량이 극도로 낮아야 하며, 우수한 분산성을 갖춘 고순도 제품이어야 한다. 그러나 이러한 고성능 CNT를 적정한 가격에 안정적으로 공급할 수 있는 기업은 전 세계적으로도 극소수에 불과하다.

 

 배터리 패권 경쟁이 치열해지는 가운데, 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 핵심 소재인 CNT에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 이러한 흐름 속에서, KIST 전북 기능성복합소재연구센터 김대윤 박사 연구팀은 디스플레이에 활용되던 액정상 형성 원리를 적용하여 자성 입자가 없는 CNT를 개발하는 데 성공했다.

 

 일반적으로 CNT는 강한 상호작용으로 인해 뭉쳐진 덩어리 형태로 존재하기 떄문에 습식 공정을 통한 정제 효율이 낮다. 그러나 김대윤 박사 연구팀은 CNT에 배제 체적 효과를 유도하여 응집 현상을 완전히 해소하는 데 성공했다. 이를 기반으로 별도의 고도화된 장치 산업 없이도 99% 이상의 순도를 갖는 CNT를 손쉽게 제조할 수 있는 정제 원리를 확립했다. 해당 공정으로 제조된 CNT는 자성 입자가 전혀 포함되지 않으며, 기존의 벽수, 직경, 길이에는 영향을 주지 않아 본래의 고유 물성을 충분히 발휘하는 데에도 유리하다.



 본 연구는 한국과학기술연구원의 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 성과는 국제 학술지에 게재되었다. 현재 국내 출원된 특허 기술은 영도에 이전되었으며, 이를 적용한 고순도 CNT는 여러 배터리 소재 관련 기업에 납품되고 있다. 이는 우리나라 정부 출연 연구소에서 개발한 혁신 기술이 우리나라 기업을 통해 양산으로 이어진 성공 사례로 평가된다.

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