"10kg 무게도 거뜬!" 고강도 탄소나노튜브 섬유 나왔다

- 재료硏, 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술 개발

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 기존 리튬이차전지를 대체할 수 있는 강도가 우수하고 에너지 저장능력까지 갖춘 탄소나노튜브 섬유를 개발했다.

한국재료연구원은 기능복합재료연구실 김태훈 박사 연구팀이 인하대학교 양승재 교수 연구팀과 함께 높은 에너지 저장 기능과 고강도 특성을 동시에 가진 다기능성 탄소나노튜브 섬유를 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.

현재 사용 중인 에너지 저장 및 구조용 소재는 고강도 또는 고에너지 저장 기능 중 한 가지 특성만을 가지고 있는 경우가 대부분이다. 연구팀이 개발한 소재는 가볍고 튼튼하면서도 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브 섬유를 이용해, 두 가지 특성을 동시에 가지고 있다는 점이 특징이다.

연구팀은 탄소나노튜브 섬유에 표면처리를 한 후, 다공성 탄소를 성장시켜 고강도 섬유형 슈퍼커패시터(super capacitor)를 제작했다. 이를 통해 탄소나노튜브 섬유의 강도를 유지하면서 동시에 에너지 저장 특성까지 부여된 새로운 섬유형 소재를 합성할 수 있었다. 개발된 섬유형 슈퍼커패시터는 무거운 무게를 지지하는 중에도 정상적으로 작동하고 있음을 확인했다.

기존 기술은 배터리와 하중을 지지하는 소재가 개별적으로 존재해야 했지만, 본 연구를 통해 개발된 소재는 두 가지 소재를 하나로 대체할 수 있어, 향후 경량화용 소재 개발에 새로운 방향을 제시했다는 측면에서 그 의미가 크다. 특히 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술은 경량화가 요구되는 전기자동차, 드론 및 우주·항공 분야에서의 활용이 기대된다.

제조된 섬유형 슈퍼커패시터에 10㎏의 하중을 가하면서 전구를 동작시키는 모습.[한국재료연구원 제공]

탄소나노튜브 섬유는 차세대 신소재로 주목받고 있으며, 실제 양산을 통해 제품에 적용하고 있는 기업은 미국에 단 한 곳만 존재하는 실정이다. 이번 연구성과를 통해 국산화에 의한 향후 수입 대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.

김태훈 박사는 “다기능성 탄소나노튜브 섬유를 활용할 경우, 드론 등 미래 모빌리티의 주행거리 향상에도 많은 도움을 줄 수 있다”라며 “향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라, 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 1월 5일자에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com