▲ 건국대 강윤찬 교수 연구팀.

건국대(총장 송희영) 연구팀이 노른자-껍질 구조 신소재를 합성하는 간단한 공정기술을 개발해 수일 걸리던 공정을 수초 이내로 단축해 대량합성이 가능해질 전망이다.

건국대는 화학공학과 강윤찬 교수와 박사과정 홍영준, 석사과정 손문영 학생이 가정용 가습기 40대를 조합해 자체제작한 대용량 물방울 발생장치를 이용해 수 초만에 노른자-껍질 구조의 소재를 합성할 수 있는 공정을 개발했다고 24일 밝혔다.

노른자-껍질(yolk-shell 혹은 ball-in ball) 구조란 구형의 구 안에 움직일 수 있는 작은 구가 들어있는 구조로 △리튬이차전지 △연료전지 △약물전달 △촉매 △센서 등의 다양한 분야에 응용이 가능해 주목받고 있다.

연구팀은 이렇게 합성된 노른자-껍질 구조의 소재를 시험한 결과, 리튬이차전지용 음극소재로서의 고속충방전 특성도 나타냄을 확인했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받았으며, 연구결과는 첨단재료지(Advanced Materials, 인용지수 13.877) 4월24일자 속표지 논문으로 게재됐다. 또한 스몰지(Small, 인용지수 8.349)에도 게재됐다.

여러 겹의 속이 빈 구 형태를 만드는 핵심기술은 원하는 기능성 소재를 설탕과 함께 물에 녹여 가습기로 분무한 후 분무되는 미세물방울을 고온 처리하는데 있다. 고온에서 설탕의 탄소성분이 숯으로 변하고 결국에는 숯이 타버리면서 기능성소재만 남게 되는 점화 및 소화 과정이 연쇄적으로 일어나는 것이다.

이러한 점화와 소화가 순간적으로 일어나기 때문에 수 초 만에 노른자-껍질 구조를 만들 수 있게 되는 것이다.

강윤찬 교수는 “차세대 리튬이차전지 뿐만 아니라 연료전지, 약물전달, 촉매, 센서 등에 다양하게 적용할 수 있는 신소재를 대량 합성할 수 있는 차별화된 공정기술을 확보함으로서 향후 우리나라가 첨단 기능성소재 개발의 주도권을 잡을 수 있는 길이 열렸다”고 밝혔다.