에너지신소재공학과

최창순 교수님의 연구결과를 공유합니다.   최창순 교수 연구팀, 코일 형상을 기억하는 고성능 탄소나노튜브 실 개발 단 몇 초만의 전기화학적 처리로 코일 구조 안정화…. 에너지 저장 용량 개선 효과까지 나노 분야 최고 수준의 학술지 ‘ACS Nano’ 게재 논문 제목, “Twist-stabilized, Coiled Carbon Nanotube Yarns with Enhanced Capacitance” (URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09465) 최창순 동국대 융합에너지신소재공학과 교수(교신저자)와 서동석 성균관대 에너지과학과 교수(공동 교신전자)가 이끄는 연구팀이 간단한 전기화학 처리 방법을 통해 코일형 탄소나노튜브 실의 구조적 안정화 및 에너지 저장 용량 향상을 동시에 달성하는 데 성공했다. 일반적으로 코일형 탄소나노튜브 코일 실은 길이 방향으로 신축 변형이 가능하며, 전기전도성 변화가 적어 웨어러블 에너지 분야에 활용성이 높은 소재이다. 하지만, 제작 과정 중에 인가된 기계적 꼬임 때문에 외부의 추가적인 고정 장치 또는 복잡한 고온 후처리 공정을 통한 형태 고정의 도움 없이는 실제 응용에 제한이 많았다. 또한, 탄소 재료의 고유의 소수성 특징으로 인해 수용액 기반의 슈퍼커패시터 등의 소자에 사용 시 성능 구현에 어려움을 겪고 있었다. 이를 동시에 해결하기 위해 연구팀은 코일 형태를 자체적으로 유지하면서도, 수용액 전해질 속에서 향상된 에너지 저장 용량을 보이는 탄소나노튜브 코일 실을 성공적으로 구현했다. 이번에 이용된 전기화학적 산화 처리 방법은 작은 비커 속 용액에 코일 탄소나노튜브 실을 담그고 수 초 동안의 전류 인가를 통하여 표면을 산화 처리하는 방식으로 기존의 플라즈마 처리 또는 고온 열처리 방식과 비교하여 훨씬 경제적으로 저렴하고, 빠르고, 안전하다. 특히 탄소나노튜브 실 고유의 기계적 유연성 및 신축성 특징에는 변함이 없이, 형상기억 및 에너지 저장 용량을 획기적으로 늘림으로써 웨어러블 전자기기에서 요구하는 조건을 충족, 상용 마스크에 기워 넣은 후 LED 점등을 통해 전력 공급장치로의 가능성까지 보여주었다. 최창순 교수는 “이번 연구는 다양한 이점을 지닌 탄소나노튜브 코일 섬유에 구조적 안정성과 정전용량 개선을 간단한 전기화학적 방법으로 동시에 구현한 것에 의미가 있다. 해당 섬유는 직조에 의한 옷감 형태 제작이 가능하여 웨어러블 전원장치나 에너지 소자에도 활용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “에너지 용량 개선 뿐 만 아니라 향후 수용액 기반 환경에서 작동하는 인공근육, 에너지 하베스팅 등 다양한 소자에도 적극적으로 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다. 한편, 이번 연구결과는 손원경 연구원 (1저자), 천성우 교수 (고려대학교), 조성범 박사 (세라믹 기술 연구원), 이동윤 교수 (부산대학교), 전준현 교수 (동국대학교) 등 다양한 그룹이 참여하였으며, “Twist-stabilized, Coiled Carbon Nanotube Yarns with Enhanced Capacitance”라는 제목으로 나노 과학기술 분야 학술지 ACS Nano (IF=15.881) 1월호에 온라인으로 게재됐다.