경북대 임창용 교수 사진. 경북대 제공 꿈의 신소재로 주목받고 있는 나노물질인 '맥신(MXene)'을 이차전지 음극재로 활용한 기술이 개발됐다. 빛을 이용한 새로운 공정으로 제조시간을 줄여 이차전지 음극재의 저비용 대량생산 가능성이 높아졌다.
경북대 에너지화학공학과 임창용 교수팀은 포스텍 철강·에너지소재대학원 조창신 교수팀과 공동연구로 그래핀에 이어 차세대 2차원 소재로 주목받고 있는 맥신에 플래시라이트 기술을 접목해 6밀리초(ms·1천분의 1초) 이내에 3차원 다공성 맥신/이산화티타튬(MXene/TiO₂) 복합체 필름을 제작하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
맥신은 티타늄과 탄소 원자 등으로 이뤄진 얇은 판 모양의 2차원 물질이다. 두께가 1나노미터 이하로 매우 얇고, 우수한 전기전도도와 기계적 물성으로 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있다.
맥신을 필름으로 제작했을 때는 집전체가 필요없다는 장점이 있다. 하지만 필름 형태로 제작하면 맥신 시트들이 적층되어 있는 구조를 가져 에너지 저장 장치에 적용했을 때 층층이 쌓여있던 맥신이 재적층돼 전해질 침투력이 감소해 잠재적으로 성능이 열화되는 문제가 발생한다.
이에 층간 간격을 넓히고 다공성 구조로 만들려는 연구가 다수 진행돼 왔다.
공동연구팀은 맥신 필름을 다공성 구조로 변환하기 위해 플래시라이트 기술을 도입, 6밀리초 이내에 대기 조건에서 다공성 맥신/이산화티타튬 복합체를 제작하는데 성공했다. 이번 연구는 기존의 연구와 달리, 상온·상압에서 수초내에 다공성 및 복합체 구조를 만들 수 있기 때문에 저비용으로 대량생산이 가능하다는 설명이다.
임창용 교수는 "플래시라이트 기술은 기존의 열처리방식과는 전혀 다른 새로운 컨셉의 방식이며, 화학공학 분야에서 아직 연구가 많이 진행되지 않은 기술이라 그 가능성과 활용성이 무궁무진한 연구 주제이다. 이번 연구를 통해 기존에 해결되지 않았던 과학적, 공학적 문제를 새로운 기술로 돌파구를 마련할 것으로 기대한다"고 말했다.
연구 결과는 화학공학 분야 국제 저명 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal, IF=15.1)' 3월 15일자에 발표됐다.