▲ [이미지제공 = 한국해양대 강준 교수 연구팀]

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 연구팀은 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.

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”며 “이 제조법을 통해 유기용매에 포함된 탄소가 폴리머화(polymerization)를 일으키면 초 미세 금속원자가 삽입된 복합체를 제작할 수 있다”고 말했다.

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.

◇참고 문헌

발명의 명칭: 금속원자가 도핑된 유기금속 화합물(MADOC)-탄소 복합체의 제조 방법

DOI: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta01751h#!divAbstract