건국대 연구팀이 가정용 초음파 가습기를 활용해 노른자-껍질 구조* 신소재를 합성하는 간단한 공정기술을 개발해냈다. 수일 걸리던 공정을 수초 이내로 단축하여 리튬이차전지 등에 활용할 수 있는 노른자-껍질 구조 소재의 대량합성이 가능해질 전망이다.

노른자-껍질) 구조는 구형의 구 안에 움직일 수 있는 작은 구가 들어있는 구조. 리튬이차전지, 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등의 다양한 분야에 응용이 가능해 주목받고 있다.

건국대(총장 송희영)는 화학공학과 강윤찬 교수와 박사과정 홍영준 학생 및 석사과정 손문영 학생이 가정용 가습기 40대를 조합해 자체제작한 대용량 물방울 발생장치를 이용하여 수 초 만에 노른자-껍질 구조의 소재를 합성할 수 있는 공정을 개발했다고 24일 밝혔다. 건국대 연구팀은 이렇게 합성된 노른자-껍질 구조의 소재를 시험하고 리튬이차전지용 음극소재로서의 고속충방전 특성도 확인했다.
인용지수 8.349)에도 게재되었다.

(논문명 : One‐Pot Facile Synthesis of Double‐Shelled SnO2 Yolk‐Shell‐Structured Powders by Continuous Process as Anode Materials for Li‐ion Batteries.)

속이 빈 형태의 소재는 디스플레이나 태양전지 등 다양한 분야에 활용될 수 있어 대량생산 공정에 대한 연구가 활발하다.

하지만 속이 빈 구조를 만들기 위해 기능성분말 표면을 지지체로 코팅한 후 다시 기능성 재료를 덧씌운 다음 지지체를 제거하는 일련의 과정을 반복해야 해 최소 수일이 걸리고 소량만 합성할 수 있어 실용화에 한계가 있었다.

여러 겹의 속이 빈 구 형태를 만드는 핵심기술은 원하는 기능성 소재를 설탕과 함께 물에 녹여 가습기로 분무한 후 분무되는 미세물방울을 고온처리하는데 있다.

고온에서 설탕의 탄소성분이 숯으로 변하고 결국에는 숯이 타버리면서 기능성소재만 남게 되는 점화 및 소화 과정이 연쇄적으로 일어나는 것이다.

이러한 점화와 소화가 순간적으로 일어나기 때문에 수 초 만에 노른자-껍질 구조를 만들 수 있게 되는 것이다.

특히 이 공정은 소재의 조성과 무관하게 단일성분이나 수십 가지 성분이 혼합된 소재의 합성에도 그대로 적용가능하다.

또 독성물질이 사용되는 지지체 제거공정이 필요없어 친환경적이라는 장점도 있다.

강 교수는 미세물방울을 활용한 첨단전자재료 합성분야에서만 300여편의 SCI(과학논문인용색인) 논문을 발표하였으며, 사업화를 위해 국내산업체들과 활발한 공동연구를 진행 중이다.

강 교수는 “차세대 리튬이차전지 뿐만 아니라 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등에 다양하게 적용할 수 있는 신소재를 대량합성할 수 있는 차별화된 공정기술을 확보함으로서 향후 우리나라가 첨단 기능성소재 개발의 주도권을 잡을 수 있는 길이 열렸다”고 밝혔다.