▲ NCNP와 CNF를 합성하여 얻은 NCNP-CNF 복합 재료 (출처 : 시바우라 공업 대학).

일본 연구진이 상온 플라즈마 공정으로 질소함유카본과 탄소나노섬유로 복합재료를 생산하는데 성공했다.

일본의 시바우라공업대학 재료공학과 이시자키 타카히로 교수 연구팀은 지난3일 상온에서 솔루션 플라즈마 처리를 통해 질소함유카본(NCNP)와 탄소나노섬유(CNF)로 이루어진 탄소복합재료 ‘NCNP-CNG’복합재료 합성에 성공했다고 밝혔다.

리륨이온전지를 대체할 차세대 전지로 용량이 큰 금속공기전지가 개발 중인데 고기능화를 위해서는 백금 등 고가의 희귀금속을 대체할 탄소소재가 요구되고 있다. 그러나 기존의 질소 함유 탄소는 백금담지카본에 비해 촉매 성능이 떨어지는 단점이 있었다.

또한 기존 질소 함유 탄소는 합성하기 위해서 진공 과정과 CVD 등에 의해 그래핀 등의 탄소 재료를 합성 암모니아 가스(고온처리) 등으로 처리를 할 필요가 있어 고가의 공정비용도 걸림돌로 작용하고 있었다.

이에 연구진은 상온 환경 솔루션 플라즈마 반응 공간 인 유기용매 중에 상용 CNF를 혼합 솔루션 플라즈마로 처리해 질소 함유 탄소 및 CNF 복합재료를 합성 할 수 있게 됐다.

상온에서 희귀금속 없이 합성이 가능해 비용이 대폭 절감 되었으며 개발된 NCNP-CNF 복합재료의 촉매 성능을 평가 한 결과, 백금 담지 카본에 비해 촉매 능 (전위)은 낮았지만, 촉매활성(전류)는 동일한 수준에 있는 것으로 나타났다. 또한 장기안정성과 장기 안정성과 메탄올에 대한 내구성에 이르러서는 기존의 백금 담지 카본보다 뛰어난 성능을 보여주었다.

연구진은 “향후 차세대 연료 전지의 양극 전극 촉매로 사용하여 네팜 같은 가정용 연료 전지 및 전기 자동차의 저비용 화가 진행 저탄소 사회에 도움이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 또한 향후 기업과 연계해 재료의 응용과 실용화를 위한 연구를 수행할 것이라고 덧붙였다.