‘저비용+단순공정’ 초급속 연소합성 기술 개발

기능성 나노 구조 물질을 위한 

저비용, 단순 공정의 초급속 연소합성 기술 개발

“차세대 에너지 저장용 기능성 나노 물질 대량 생산 가능성 열어”

배터리에 에너지를 저장하기 위해 사용되는 전극물질 등과 같은 기능성 나노결정물질을 극히 짧은 시간동안 합성할 수 있는 ‘초급속연소합성법’이 국내 연구진에 의해서 개발됨에 따라, 저비용 대량합성공정을 통한 기능성 나노소재 상용화 가능성이 열렸습니다.

전남대 김재국 교수가 주도하고, 김지현 박사과정생과 Vinod Mathew 연구교수(제1 공동저자), 포항가속기연구소 안도천 박사, 전남대 송선주, 윤현석 교수 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 세계수준의연구중심대학육성사업(WCU)의 지원으로 수행되었고, 세계 최고 권위의 과학전문지인 네이처가 발행하는 ‘사이언티픽 리포트’ 12월호 (12월 10일자 온라인)에 게재되었습니다. 

김재국 교수 연구팀은 폴리올이라는 용매을 이용하여 짧은 시간에 전구체 용액을 점화시켜 연소반응을 일으키는 간단한 합성방법인 초급속연소합성법을 개발하여 복잡한 공정을 단순화한 방법을 개발하였습니다.

이번 연구결과에 따르면 용매의 역할과 동시에 연소반응의 연료로서 반응에 참여하는 폴리올을 이용하여 초급속연소법을 통해 차세대 에너지저장용 기능성 나노물질을 손쉽게 얻을 수 있었습니다. 아울러, 인산(H3PO4)을 원료물질로 활용하여 전도성 탄소막을 형성함으로써 기존 인산철(LiFePO4) 소재의 단점인 낮은 전기전도도를 획기적으로 향상시키고, 추가적인 별도의 탄소막 제조공정이 필요치 않으므로 경제적으로도 큰 효과가 있다는 것을 확인하였습니다. 

또한 인산철뿐만 아니라, 이산화타이타늄(TiO2), 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 은(Ag) 등 광학, 바이오, 에너지분야에 응용할 수 있는 기능성 물질들을 수 초 동안의 연소반응을 통해 결정화된 나노결정상 물질을 얻을 수 있었습니다. 

현재 김재국 교수 연구팀의 관련 기술은 국내특허 등록이 완료되었으며, 미국, 유럽, 일본, 중국 등 주요국 개별 해외특허 출원이 완료된 상태입니다.

김재국 교수는 “이번에 개발한 방법으로 배터리 전극물질이나 디스플레이 등에 응용할 수 있는 기능성 나노물질 생산에 획기적인 변화를 기대하며, 지속적인 연구를 통해 보다 진일보된 공정을 개발하고 아울러 새로운 합성법을 활용한 신규 기능성 나노물질 발굴에 노력하여 차세대 에너지저장소재 등 기능성 나노물질 관련 산업발전에 실질적인 도움이 되는 연구를 수행하겠다” 고 연구의의를 밝혔습니다. 

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