이차전지용 탄소나노튜브를 쉽고 빠르게 만들었다

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 나노융합연구센터 한중탁 박사팀이 세계 최초로 친환경식 건식공정으로 가루 형태의 탄소나노튜브를 만드는 기술을 개발했다. 이 탄소나노튜브 가루를 차세대 이차전지의 도전재로 사용하면 성능을 높일 수 있다.

한중탁 박사는 25일 "건식 공정은 유독성 용매를 사용하지 않아 친환경적이고, 당연히 용매를 회수할 필요도 없어 공정이 간소해 생산비용도 저렴해 세계적인 전기차 업체에서도 주목하고 있다"고 말했다.

연구진은 이번에 개발한 제조 기술을 국내 특허 출원까지 마쳤으며, 리튬황전지, 전고체전지 등 관련 기업에 기술이전에 나설 계획이다. 또 이 기술을 고용량의 두꺼운 후막 음극·양극에도 적용하는 등 다양한 검증을 진행하고 있다.

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 원통형 모양의 신소재로, 강철의 100배 강도에, 전기전도도는 구리에 버금가는 수준이다. 또 기존 이차전지의 도전재로 사용되는 카본블랙에 비해 유연하고 전기전도성이 우수한 1차원 나노 소재다.

연구진은 수년간의 연구를 통해 탄소나노튜브들이 가루 상태에서도 서로 뭉치지 않고, 떨어진 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 데 성공했다.

이를 통해 까다로운 건식 공정에서도 1차원 구조의 긴 탄소나노튜브로 도전재를 만들어 고용량 전지를 제조할 수 있는 길이 열렸다. 용매 사용 없이도 잘 분산된 고전도성의 탄소나노튜브는 내부의 다른 물질들을 전기적으로 잘 연결해 줌으로써 차세대 이차전지의 성능을 높이는 데 크게 기여할 수 있다.

탄소나노튜브가 차세대 이차전지의 도전재로 사용될 경우, 소량의 첨가만으로도 에너지 밀도를 크게 높일 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브는 서로 응집하려는 성질이 매우 강해 서로 엉킨 구조를 가지고, 이차전지의 다른 물질인 바인더, 활물질 등과 고루 섞이지 않는다는 문제가 있다.

특히 건식 공정의 경우, 탄소나노튜브를 용매가 없는 조건에서 다른 물질과 균일하게 혼합해야 하는 문제점을 안고 있으며, 이는 전지 산업계가 해결해야 할 과제 중 하나로 손꼽히고 있다.

[e-mail] 김만기 기자