리튬이온 배터리의 장점인 음극 성능과 안정성, 환경성을 동시에 잡을 수 있는 고체상 불소화 반응 기술이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈)는 백종범 에너지화학공학과 교수팀이 테프론(Teflon)과 흑연을 반응시켜 불화탄소(Fluorinated carbon)를 안전하고 쉽게 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
불화탄소를 제조할 때 사용하는 불소가스나 불산은 높은 반응성과 부식성을 띠는 위험한 화합물이다. 잘못 다루면 신체를 마비시키거나 사망에 이를 수 있어 생산 설비 구축에 고비용이 소요된다.
백 교수팀은 테프론으로 안전하고 손쉬운 불소화 반응을 유도해 이 같은 문제를 해결했다.
테프론은 모든 원소가 불소로 이뤄졌지만 대기 중에서 안정적이고, 먹어도 인체에 무해한 고분자화합물이다. 프라이팬 코팅제로 사용할 정도로 안전하고 화학적으로 안정됐다.
백 교수팀은 먼저 테프론이 버틸 수 있는 힘보다 더 강한 에너지를 받으면 분자 사슬이 끊어지면서 반응성이 크게 증가하는 특성을 찾아냈다. 이어 반응성이 높아진 테프론 분자복합체를 흑연과 반응시키면 불화탄소를 만들 수 있다는 것을 실험으로 확인했다.
이렇게 만든 불화탄소는 흑연보다 우수한 저장용량과 전기화학적 안정성을 나타냈다. 저속 충전에서 2.5배, 고속 충전에서 10배까지 높은 저장용량을 보였고, 1000회 이상 충·방전 실험에서 76.6%의 성능을 유지했다.
백종범 교수는 “주변에서 흔히 사용하는 소재로도 고효율 저비용 에너지 생산 기술을 발굴할 수 있다는 것을 알게 한 새로운 고찰의 연구였다”며 “기계화학적 합성법은 최근 주목받고 있는 분야로 고체상 반응 원리를 잘 규명하면 새로운 소재를 개발할 수 있다”고 말했다.
이번 연구 결과는 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 7월 27일자 온라인에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com