KAIST, 다공성 2차원 무기질 나노소재 개발

리튬-황 이차전지의 분리막에 코팅해 전지 성능 높여

이진우 교수 연구성과 개념도(KAIST 제공) © 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 서로 다른 크기의 기공을 동시에 갖고 있는 다공성 2차원 무기질 나노소재를 개발했다.

이는 리튬-황 이차전지 분리막에 코팅해 전지의 성능을 높이는 데 활용될 것으로 기대된다.

23일 KAIST에 따르면 나노코인은 동전과 같이 둥근 모양이면서 두께가 약 3㎚인 2차원 나노 소재를 말한다.

기존의 다공성 2차원 무기질 소재의 합성 방법은 기판을 이용하거나 별도의 주형을 사용하는 방식으로 소재의 형상 원판처럼 제어함과 동시에 두께를 조절하는 것에 한계가 있다.

이에 연구팀은 블록공중합체와 단일중합체의 고분자 블렌드의 상거동을 이용해 기존의 문제를 해결하는 새로운 합성 방식을 제시했다.

이를 통해 연구팀은 다공성 2차원 무기질 나노코인을 3㎚ 두께로 합성하는 데 성공했다.

서로 섞이지 않는 단일중합체와 블록공중합체의 계면에너지가 달라짐에 따라 나노구조의 배향과 입자의 모양이 달라지는 원리를 이용했다.

또, 나노구조의 형성을 위해서 무기질 소재 내부에 함께 자기조립 된 블록공중합체가 제거되면서 마이크로 기공이 형성됐다.

이 합성 방법은 별도의 주형이 필요하지 않은 간단한 원팟(one-pot) 방법으로 기존의 복잡한 과정을 혁신적으로 줄여 생산력을 증대시켰다.

이를 이용해 연구팀은 다공성 2차원 알루미노실리케이트 나노코인을 차세대 전지인 리튬-황 이차전지의 분리막에 코팅해 리튬-황 전지의 성능을 높이는 데 성공했다.

연구팀의 합성기술은 블록공중합체의 분자량 및 고분자 대비 질량을 조절해 손쉽게 나노구조(넓이 및 두께)를 조절할 수 있고 다른 소재로의 확장도 가능해 맞춤형 나노소재로도 활용할 수 있을 것으로 보인다.

KAIST 생명화학공학과 이진우 교수는 “고분자에서 일어나는 현상을 이용한 새로운 다공성 2차원 무기 소재를 합성기술이 기존 기술의 문제점을 해결할 수 있음을 보여줬다ˮ고 설명했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘미국화학회지’ 1일자 온라인판에 게재됐다.

km5030@news1.kr