국내 연구진이 나노 다공성 소재의 기공 크기를 정밀하게 제어할 수 있는 원천기술을 개발해 차세대 에너지·환경 소재 분야에서 주목받고 있다.

13일 아주대학교에 따르면 황종국 교수(화학공학과)와 이진우 한국과학기술원(KAIST) 교수, 진형민 충남대 교수 공동 연구팀은 고분자 블렌드의 상분리 현상을 활용해 나노 다공성 소재의 거대기공과 메조기공을 각각 독립적으로 조절할 수 있는 합성 기술을 개발했다.

나노 소재는 머리카락 굵기의 수만 분의 1 수준(1~100nm)에서 물질을 제어하는 분야로, 기공 크기에 따라 물질 이동과 반응 특성이 크게 달라진다.

50nm 이상의 거대기공은 물질 이동 통로 역할을 하고, 2~50nm 범위의 메조기공은 반응이 일어나는 활성 표면을 제공한다. 이 두 구조를 동시에 정밀하게 설계하는 것이 고성능 소재 개발의 핵심이다.

기존 기술은 여러 주형을 단계적으로 사용하는 복잡한 공정이 필요하거나 기공을 개별적으로 제어하기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 서로 다른 두 고분자를 혼합한 이성분계 블렌드의 ‘자기조립 현상’을 활용해 이러한 문제를 해결했다.

이 기술로 제조한 탄소 소재를 포타슘이온전지 음극에 적용한 결과, 높은 에너지 저장 용량과 안정성을 동시에 확보한 것으로 나타났다.

이는 기공 구조를 독립적으로 설계해 이온 이동 경로와 반응 면적을 최적화한 결과다.

연구 성과는 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 게재됐으며, 황종국 교수는 “차세대 배터리와 촉매, 수처리 분야 등 다양한 응용이 기대된다”고 밝혔다.

[ 경기신문 = 김태호 기자 ]