[기계신문] 울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 이현욱·김영식 교수 연구팀이 리튬이나 나트륨 금속을 액체 형태로 만들어 탄소섬유의 미세한 틈 사이에 스며들게 하는 ‘함침(含浸, impregnation)’으로 전극을 만드는 방법을 개발했다고 밝혔다. 이 공정을 이용해 리튬(Li)이나 나트륨(Na) 금속 전극을 대량생산하는 기술도 확보했다.

일반 금속 전극은 별도의 구조체가 없어 충·방전 시 불규칙적으로 수지상 결정이 성장하지만, 탄소섬유가 있는 금속 전극은 구조적으로 안정성을 지니면서 수명도 늘어났다.

특히 이번에 사용한 탄소섬유는 미세한 틈이 무수히 많아 ‘모세관 현상’으로 리튬과 나트륨 금속 액체를 빠르게 흡수한다. 탄소섬유로 이뤄진 견고한 구조체에 고정된 리튬과 나트륨 금속은 충·방전을 반복해도 우수한 안정성을 보였다.

모세관 현상을 이용한 탄소섬유 함침법으로는 단순 접촉만으로 10초 만에 전극 소재를 만들 수 있다. 방법이 간단한데다 빠르고 대량생산도 가능하다는 게 큰 장점이다.

실제로 연구팀은 이 공정법을 이용해 자동화 장비를 제작하고 대량생산을 시도했다. 생산된 탄소섬유 금속 전극은 친환경 차세대 전지로 주목받고 있는 해수전지 시스템에 적용돼 전자기기를 성공적으로 구동시켰다.

김영식 교수는 “해수전지는 무한한 바닷물 속 나트륨 이온을 활용하기 때문에 자원 고갈의 염려가 없는 새로운 에너지 저장 시스템”이라며 “배터리의 성능을 향상시킬 전극을 개발하고 대량생산 공정까지 갖춘 만큼 상용화도 더욱 앞당겨질 것”이라고 전망했다.

관련기사