Research field

탄소나노튜브 기반의 플렉서블 배터리 개발

최근 신체에 착용 및 부착 가능하여 컴퓨팅 행위를 할 수 있는 웨어러블 디바이스가 대두 되고 있다. 웨어러블 디바이스의 주요 기술적 요소 중 하나로 배터리 소재 분야가 있는데, 현재 상용 리튬이차전지는 탄력성이 없어 부서지기 쉬운 특성을 가지고 있어 이에 대한 기초연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구실은 탄소나노튜브 원사(CNT yarn)의 높은 강성은 유지하면서 고율의 충방전 환경에서 높은 용량이 지속적으로 발현 가능한 매우 우수한 전기화학적 특성을 겸비한 음극 소재용 탄소나노튜브 원사를 개발하였다. 또한 탄소나노튜브 원사 표면에 양극 활물질(LFP)을 코팅시킨 후, 각각의 원사를 양극, 음극으로 모두 구현하여 탄소나노튜브 원사 기반의 플렉서블 배터리를 제조하는 기술을 제시하였다. 이를 기반으로 현재 탄소나노튜브 원사 기반의 실 모양을 닮은 직물형 배터리 및 탄소나노튜브 필름(CNT Film) 기반의 파우치형 배터리의 연구가 활발히 진행되고 있다.

고출력/고밀도 리튬전지용 음극 소재 제조

최근 전기 자동차와 같은 중대형 전지가 널리 쓰이면서 리튬이차전지의 고출력 특성을 요구하고 있다. 상용 리튬이차전지는 최적화되어 잘 쓰이고 있는 양극 소재에 비해 음극 소재로 쓰이는 그라파이트는 에너지 밀도가 낮으며 열등한 율 특성을 나타내어 고출력·고효율 에너지 소재의 니즈를 충족시키지 못하고 있다. 본 연구실은 음극 소재로 쓰이는 그라파이트를 대체하고자 특이한 구조체를 취하거나 표면이 도핑 처리된 탄소 소재들의 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 이러한 탄소 소재들은 전극으로 사용되었을 경우 상용 그라파이트 대비 5배 수준의 용량 발현이 가능하며, 고율에서도 충방전 효율이 우수하다는 연구 결과를 보고하였다. 이 외에도 리튬이차전지를 대체하기 위한 솔루션으로 리튬-황 배터리에 대한 연구도 진행하고 있다.

전구체의 모델링을 통한 탄소계 수소 저장 및 오일 제거 흡착제 제조

다공성 물질은 흡착제, 촉매, 폐수처리 등의 다양한 영역에 적용됨. 기공은 거대 기공 (macropore, 50nm 이상), 중간 세공(mesopore, 2-50nm), 미세 기공(micropore, 2nm 이하)으로 분류된다. 수소 흡착은 미세 기공이 풍부한 재료일 수록 유리한 반면, 오일 흡착은 거대 기공이 많이 발달할 수록 유리하다. 본 연구실은 각 소재들의 최적화된 흡착 특성을 극대화하기 위해 적절한 전구체의 모델링을 수행하고, 탄화체가 수소 및 오일 흡착에 유리한 구조를 가질 수 있도록 유도한 여러 연구결과를 보고하였다. 이러한 과정을 통해 제조된 탄소 소재는 효율적이며 재사용이 가능해 수소 저장 및 오일 제거 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.