안전하고 손쉬운 불화탄소 합성법 나왔다

UNIST 백종범 교수팀 개발
테프론 활용…흑연보다 우수
2차전지 전극재로 응용 가능

백종범 교수·장부재 연구원

UNIST(울산과학기술원)는 백종범 에너지화학공학과 교수 연구팀이 테프론과 흑연을 반응시켜 불화탄소를 안전하고 손쉽게 합성할 수 있는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다.

불화탄소는 강한 결합 에너지로 흑연 전극보다 우수한 전기화학적 안정성을 갖고 있다. 하지만 불화탄소를 제작하는 데 필요한 불소가스와 불산 같은 화합물은 높은 반응성과 부식성 때문에 매우 위험한 화합물로 꼽힌다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 모든 원소가 불소로 이뤄진 테프론을 활용했다. 프라이팬의 코팅 재료로도 사용되는 테프론은 대기 중에서 안정적이고, 먹어도 인체에 무해한 고분자화합물이다. 연구팀은 실험을 통해 테프론이 버틸 수 있는 힘보다 더 강한 에너지를 받으면 분자 사슬이 끊어지면서 ‘라디칼 형성 반응’이 일어나는 것을 확인했다.

라디칼 형성반응은 분자나 원자의 전자가 홀전자를 지닌 형태로 반응성이 크게 증가하는 특성이 있다. 연구팀은 이 과정에서 생성된 분자복합체가 흑연과 반응해 표면과 가장자리에 붙게 되면서 불화탄소가 만들어지는 것을 다양한 분석법을 통해 증명했다.

이렇게 제조된 불화탄소는 흑연보다 우수한 저장 용량과 전기화학적 안정성을 보였다. 50㎃/g의 저속 충전 시 2.5배 높은 저장 용량을 보였다. 1만㎃/g의 높은 충전 속도에서는 흑연보다 10배까지 높은 저장 용량을 확인했다.

논문 제1 저자인 장부재 연구원은 “불화탄소로 2차전지뿐 아니라 다양한 전자기기의 전극재료에도 응용 가능하다는 것을 보여줬다”고 설명했다. 백 교수는 “고체상 반응에 대한 원리를 잘 규명한다면 기존에 만들지 못한 새로운 소재들을 개발할 수 있을 것”이라고 내다봤다.

울산=하인식 기자.

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