최원준 고려대 기계공학부 교수 연구팀, 수 초 이내에 에너지 변환 물질 합성하는 기술 개발
[스마트경제=복현명 기자] 최원준 고려대학교 공과대학 기계공학부 교수팀이 수 초 이내에 에너지 변환 물질 합성하는 기술을 개발했다.
전열공정(ETW, electrothermal wave) 기반 탄소 결함 구조를 이용해 니켈-코발트 산화물-탄소(Ni-Co oxide@C) 복합체 합성 기술을 개발한 것이다.
탄소 기판에 전기 에너지가 가해지면 탄소 기판 내부 저항에 의해 열에너지가 발생돼 탄소 구조체에 손상 또는 결함을 발생시키며 이렇게 유도된 결함은 전구체의 불균질(heterogeneous) 핵 생성 에너지(nucleation energy) 변화를 야기한다. 따라서 탄소 결함의 정도에 따라 결과적으로 합성되는 Ni-Co oxide@C 복합체의 구조적, 화학 조성적 특성이 인위적으로 제어될 수 있으며 타겟 응용 분야에 최적화된 성능을 확보할 수 있게 된다.
이번 연구는 소재 및 화학 분야 권위 학술지인 ACS NANO (IF=15.881, 상위 6.14%)에 미국 현지시간 5월 26일자 온라인 게재됐다.
연구에 활용된 ETW 공정은 전도성 기판의 양단에 전기 에너지를 인가해 기판에 줄 발열(Joule heating)을 발생시킴으로써 시스템 내 열에너지를 공급하는 기술로 시스템 온도를 수 초 이내에 고온(2500°C 이하)에 도달시킬 수 있다.
주로 열합성 공정이 요구되는 금속, 금속 산화물 합성 또는 집전 장치와의 인터페이스 개질 등에 활용되고 있으며 이를 통해 합성된 물질은 전기화학적 특성 최적화를 거쳐 에너지 변환 소자의 활물질(active material) 등에 적용된다. 기존에 활용되던 열합성 공정은 고온 환경을 오랜 시간 동안 유지해야 하기 때문에 시간과 비용 측면에서 비효율적인 반면 해당 공정법은 매우 짧은 시간에 이뤄지기 때문에 다양한 분야에서 효과적으로 활용되고 있다.
이에 연구팀은 에너지 변환 소재로 폭넓게 활용되고 있는 니켈-코발트, 니켈-코발트 산화물과 탄소 기판으로 이뤄진 복합체 합성을 위해 ETW 공정을 2회 적용했다.
특히 이번 연구에서는 실제로 최적화된 니켈-코발트, 니켈-코발트 산화물과 탄소로 이뤄진 복합체를 슈퍼커패시터의 활물질로 적용해 기존 연구 결과 대비 우수한 성능을 보였으며 실제 전기화학 에너지 변환 응용 분야로의 활용을 검증했다.
최원준 고려대 기계공학부 교수팀 연구진은 "이번 연구를 통해 탄소 기판에 수 초 이내의 간단한 전처리 공정을 적용함으로써 금속-금속 신화물 복합체의 특성을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 공정 조건에 따라 특성을 미리 스크리닝 가능하도록 해 기존 열공정이 가지는 한계를 극복할 수 있다. 해당 공정은 전기화학 에너지 저장, 발전 분야에 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
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