[기계신문] 금속-탄소 복합체는 얇고 선명한 화면을 만들 수 있는 전계 방출 디스플레이나, 2차 전지 시장의 대부분을 차지하고 있는 리튬 이온전지 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

그러나 기존의 금속-탄소 복합체는 제작 비용이 높았고 작은 금속을 얻기 위해 가스 형태의 위험한 전구체를 사용했다. 이에 한국해양대학교 강준 교수 연구팀이 비용을 줄일 수 있는 안전한 방법을 개발하는 데 성공하였다.

연구팀은 금속 전구체와 물질을 유기용매에 첨가한 후 한 쌍의 금속와이어를 혼합된 유기용매에 배치하고 이 금속와이어 사이에 펄스화 된 바이폴라 직류전원을 인가하여 ‘플라즈마 방전’을 발생시킴으로써 금속-탄소 복합체를 제조했다. 이 제조법은 상온에서 액체 상태의 유기용매를 사용하기 때문에 안전하고, 탄소를 주성분으로 하는 소재보다 성능이 우수하다.

▲ 플라즈마 방전을 이용한 금속 나노입자 함유 유기재료의 제조

한국해양대학교 강준 교수는 “플라즈마 방전을 통해 금속원자를 탄소지지체에 도핑하면 금속 원자가 장시간 안정적으로 열화되지 않고 높은 성능을 발휘할 수 있으며, 위험한 가스 형태의 물질을 사용하는 기존의 방법보다 안전하고, 매우 작은 금속을 계속적으로 얻을 수 있다는 장점이 있다”면서 “이 제조법을 통해 유기용매에 포함된 탄소가 폴리머화(polymerization)를 일으키면 초미세 금속원자가 삽입된 복합체를 제작할 수 있다”고 설명했다.

연구팀이 개발한 기술을 이용하면 리튬-이온 전지를 사용할 때 충전과 방전을 반복하는 과정에서 부피가 커지는 문제를 막을 수 있어 전지의 성능을 높일 수 있다. 특히 리튬-이온 전지의 효과적인 대체재인 나트륨-이온 전지를 안전하고 저렴하게 개발할 수 있기 때문에 다양한 소재의 생산을 촉진하여 새로운 응용 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

기계신문, 기계산업 뉴스채널