뼈는 자연계에 존재하는 대표적인 나노복합소재로써 콜라겐이라는 단백질 섬유를 따라 칼슘인산염 나노결정이 생성, 성장합니다.
KAIST 연구팀은 이러한 자연현상을 모방해 차세대 고안전성 리튬전지용 양극소재인 철인산염을 나노튜브 형태로 합성하는 데 성공했습니다.
KAIST 신소재공학과 강기석 교수팀과 박찬범 교수팀이 뼈의 형성 과정을 모방해 우수한 나노구조를 갖는 '리튬이차전지용 전극소재 합성을 위한 원천기술'개발에 성공했습니다.
 박찬범 교수 |  강기석 교수 |
리튬이차전지의 성능을 향상시키기 위해서는 에너지를 저장하거나 방출하기 위한 리튬의 빠른 이동이 필수적입니다.
이를 위해 전극소재의 구조를 나노화하게 되면 표면적이 넓어지고 리튬의 확산에 필요한 거리가 짧아지기 때문에 보다 효과적으로 에너지를 저장하거나 방출할 수 있습니다.
이 기술의 핵심은 3차원 나노 구조를 갖는 생체재료 위에 철인산염을 균일하게 성장시킨 후 생체재료를 효과적 제거해 나노튜브구조를 얻는 것입니다.
연구팀은 간단한 단백질의 일종인 펩타이드의 자기조립공정을 이용해 콜라겐 섬유와 유사한 구조 및 물성을 지니는 단백질 나노섬유를 합성한 뒤, 철 이온과 인산이온의 수용액상 침착반응을 이용해 단백질 나노섬유를 철인산염으로 균일하게 코팅했습니다.
이후 열처리를 통해 펩타이드 나노섬유를 탄화시키면, 내벽이 전도성 탄소층으로 코팅된 철인산염 나노튜브를 얻을 수 있었습니다.
연구팀은 철인산염 나노튜브가 차세대 리튬이차전지 전극소재로써 매우 우수한 특성을 가짐을 확인했습니다.
이번 연구는 생체재료분야와 리튬전지분야의 융합연구를 통해 이뤄진 것으로, 기술적인 돌파구가 필요한 리튬전지개발에 이러한 접근방식이 새로운 해결방안이 될 수 있다는 가능성을 제시한 우수한 연구사례로 평가받고 있습니다.
이 기술을 이용하면 철인산염 외에 각종 다른 기능성 소재 개발에 응용이 가능해 리튬이차전지 뿐만 아니라 차세대 유-무기 나노복합소재 개발에 기여할 전망입니다.
용 어 설 명
리튬이차전지: 현재 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 정보통신 장비의 전원장치로 가장 널리 사용되는 이차전지의 일종으로, 가벼우면서도 많은 양의 전기를 저장할 수 있다는 장점이 있어, 차세대 전기자동차의 전원공급장치로의 활용이 기대되고 있다. 리튬이차전지는 리튬이온을 저장/방출할 수 있는 전극물질과 리튬이온의 이동을 돕는 전해질로 구성되어 있으며, 전극간의 리튬이온이동을 제어함으로써 전기를 사용/저장할 수 있다.
칼슘인산염: 칼슘 이온 (Ca2+)과 인산이온 (PO43-)이 특정 조건하에서 화학적인 반응을 통해 Ca10(PO4)6(OH)2와 같은 형태로 형성되는 무기물로, 동물의 뼈를 구성하는 주요성분의 하나이다.
철인산염: 철 이온 (Fe3+)과 인산이온의 (PO43-)의 침착반응으로 형성되는 무기물로, 차세대 저비용/고안정/고용량 리튬이차전지 전극물질로 널리 연구되고 있다.
나노복합소재: 서로 다른 물리/화학적 물성을 지니는 재료들을 수십/수백 나노미터 수준에서 정교하게 배열/결합시켜 개개소재의 장점만을 극대화시켜 하나의 소재로 구현한 것을 나노복합소재라고 한다.
자기조립공정: 자기조립은 화학물질들이 레고(Lego) 장난감처럼 스스로 조립하여 3차원 구조체를 만드는 현상으로, 모든 생명현상의 근간이 될 뿐만 아니라, 최근 들어서는 나노소재를 개발하는 주요기술들 중의 하나로 각광받고 있다
나노튜브: 직경이 수~수십 나노미터인 튜브
침착반응: 용액에 녹아있는 물질간의 물리화학적인 반응을 통해 새로운 고체상의 물질이 석출되는 반응
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높은 차원의 융합이네요 뼈의 생성원리를 전지를 만드는데 응용하다니 신기하고 또 대단합니다.
패션샵은 잘 되나요? 이번에 출시된 옷 디자인 굿입니다.^^