한국재료연구원, '다기능성 탄소나노튜브 섬유' 세계 첫 개발 ㅣ 비용절감 '희토류 벌크자석 제조기술' 이전
기능복합재료연구실, 인하대 연구팀과 협력
고강도 특성에 에너지 저장 능력까지 우수
전기차, 드론, 우주·항공 분야 활용성 높아
한국재료연구원(KIMS)는 복합재료연구본부 기능복합재료연구실 김태훈 박사 연구팀이 인하대학교 양승재 교수 연구팀과 함께 에너지 저장 능력이 우수하면서 고강도 특성을 가진 '다기능성 탄소나노튜브 섬유'를 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.
연구원에 따르면 현재 사용 중인 에너지 저장 및 구조용 소재는 고강도 또는 고에너지 저장 기능 중 한 가지 특성만을 가지고 있는 경우가 대부분이다.
그러나 이번에 연구팀이 개발한 소재는 가볍고 튼튼하면서도 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브 섬유를 이용해 두 가지 특성을 동시에 가지고 있다.
연구팀은 탄소나노튜브 섬유에 표면처리를 한 후 다공성 탄소를 성장시켜 고강도 섬유형 슈퍼커패시터(super capacitor)를 제작하는데 성공했다.
이를 통해 탄소나노튜브 섬유의 강도를 유지하면서 동시에 에너지 저장 특성까지 부여된 새로운 섬유형 소재를 합성할 수 있었다.
개발된 섬유형 슈퍼커패시터는 무거운 무게를 지지하는 중에도 정상적으로 작동하고 있는 것으로 확인됐다.
기존의 기술은 배터리와 하중을 지지하는 소재가 개별적으로 존재해야 했지만, 연구팀이 개발한 소재는 두 가지 소재를 하나로 대체할 수 있어 향후 경량화용 소재 개발의 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다.
특히 다기능성 탄소나노튜브 섬유 기술은 경량화가 요구되는 전기자동차, 드론, 우주·항공 분야에서의 활용이 기대된다.
탄소나노튜브 섬유는 차세대 신소재로 주목받고 있으며 양산을 통해 제품에 적용하고 있는 기업은 미국에 1곳만 존재하는 실정이다.
이번 연구 성과를 통해 국산화 및 수입산 대체효과는 물론이고 수출도 가능할 것으로 전망된다.
한국재료연구원 연구책임자인 김태훈 선임연구원은 "다기능성 탄소나노튜브 섬유를 활용할 경우 드론 등 미래 모빌리티의 주행거리 향상에도 많은 도움을 줄 수 있다"면서 "향후 에너지 저장 소재 뿐만 아니라 경량·고강도·고전도성 특성을 필요로 하는 우주·항공·국방 분야에도 적용할 수 있을 것"이라고 강조했다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 한국재료연구원 ‘에너지 생산 및 저장 소재 융합 특성재단형 직물소재 기술 개발 과제’와 한국과학기술연구원 개방형 연구사업 ‘4U 복합소재 개발사업’ 등 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 세계적인 학술지인 사이언스(Science) 자매지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 1월 5일 자에 게재됐다.
한편, 국내 탄소나노튜브 섬유 연구 수준은 세계 최고 수준이지만, 아직 양산을 통해 제품 단계까지 도달한 회사는 없다.
미국의 헌츠맨(Huntsman)이 현재 탄소나노튜브 섬유를 양산해 적용 중인 유일한 산업체이다. 이처럼 아직 제대로 된 시장이 형성된 단계는 아니며, 헌츠맨에서 생산되는 섬유 또한 NASA, 미국 국방성 등에서 공급받아 사용하고 있는 것으로 알려져 민간 시장에서는 구할 수 없는 실정이다.
[창원=뉴시스] 홍정명 기자 hjm@newsis.com
자성재료연구실 이정구 박사팀 개발
대구 성림첨단산업㈜에 기술 이전
한국재료연구원(KIMS)은 자성재료연구실 이정구 박사(실장)팀이 개발한 '이방성 희토류 벌크자석 제조기술'을 대구 소재 성림첨단산업㈜(대표 공군승)에 이전했다고 3일 밝혔다.
이전 기술은 고특성 희토류 영구자석 개발에 있어 비싼 네오디뮴(Nd) 대신 세륨(Ce)을 이용해 이방성 희토류 벌크자석을 제조하는 기술이다.
이정구 박사팀은 네오디뮴(Nd)에 비해 생산량이 많고 값이 저렴한 세륨(Ce)을 사용할 경우 발생하는 자기특성 저하현상을 보완하는 데 초점을 맞추고 연구했다.
연구팀은 기존의 세륨(Ce) 첨가로 생성되는 비자성상(REFe2) 형성을 억제하는 방식으로, 잔류자화와 보자력을 동시에 향상시키는데 성공했다.
이번 기술은 과학기술정보통신부 소재혁신선도프로젝트 지원을 받아 2년간 연구 끝에 개발됐다.
성림첨단산업㈜은 한국재료연구원의 이전 기술을 고특성 희토자석의 제조비용 절감에 활용할 예정이다.
특히, 기존 보유 기술 및 시장과의 융합으로 제품의 다변화는 물론, 시장의 다양한 요구사항에 적절한 대응이 가능할 것으로 기대하고 있다.
성림첨단산업은 2022년 파일롯(Pilot) 규모의 시작품을 제작하고, 2023년 양산라인 구축을 목표로 하고 있다.
한국재료연구원 이정구 박사는 "고가의 희토류 사용으로 인한 소재 가격 상승과 네오디뮴(Nd) 수요 상승에 따른 자원 수급 문제는 기술력이 이를 뒷받침하지 못하면 곧 시장 잠식으로 이어질 우려가 있다"고 말했다.
이어 "이번 기술이전이 국내 제품의 가격 경쟁력 향상과 소재의 고특성화를 이끌어 부품의 소형화 및 경량화를 현실화할 수 있다면, 향후 하이브리드 및 전기자동차, 플라잉카 시장에서 앞서나갈 수 있을 것"이라고 했다.
[창원=뉴시스] 홍정명 기자 hjm@newsis.com
- 접종에 재미 들린 사람들...정작 자신들⋯
- 필라델피아 뉴욕 아파트 화재로 수십명⋯
- 지금 사야 한다고?...증권사 추천주 ㅣ⋯
- 안동병원발(發) 코로나19 확진자 137명⋯
- 코로나 공포에 겹친 백신 공포 [방석순]
케이콘텐츠
