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'탄소 섬유'통합검색 결과 입니다. (5건)

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현존 최고 성능 세라믹 전해전지 개발…이산화탄소 분해 성능 50%향상

지구 온난화의 골칫거리인 '이산화탄소'를 '일산화탄소'로 전환하는 고성능 세라믹 전해전지(SOEC)가 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 신소재 세라믹 나노 복합섬유를 이용해 현존 최고 성능의 이산화탄소 분해 성능을 갖는 세라믹 전해전지를 개발하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 연구진은 "이를 이용한 이산화탄소 분해 성능은 기존대비 50% 향상했다"고 설명했다. SOEC는 이산화탄소를 가치 있는 화학물질로 전환할 수 있는 유망한 에너지 변환 기술이다. 하지만 기존 세라믹 전해전지는 작동 온도가 800℃ 이상이다. 유지 비용이 크고 안정성이 낮아 상용화에 한계가 있다. 연구팀은 전기가 잘 통하는 '초이온전도체' 소재를 기존 전극에 함께 섞어 만든 '복합 나노섬유 전극'을 개발했다. 나노섬유 두께를 약 45% 줄이고, 전극을 머리카락보다 1천배 가는 두께(100나노미터)로 제작했다. 연구팀은 "전기분해 반응이 일어나는 면적을 극대화했다"며 "이를 통해 세라믹 전해전지의 작동 온도를 낮추는 동시에 이산화탄소 분해 성능을 약 50% 향상시키는데 성공했다"고 말했다. 복합 나노섬유가 적용된 세라믹 전해전지는 기존에 보고된 소자 중 가장 높은 세계 최고 수준의 이산화탄소 분해 성능(700℃에서 1.25 A/cm2)을 기록했다. 300시간의 장기 구동에도 안정적인 전압을 유지했다. 이강택 교수는 “이산화탄소 저감뿐만 아니라 그린수소 및 친환경 전력 생산과 같은 다양한 차세대 에너지 변환 소자의 개발에 있어 선도적인 기술이 될 것”이라고 말했다. KAIST 기계공학과 김민정 석사, 김형근 박사과정, 아크롬존 석사가 공동 제 1 저자로 참여했다. 한국지질지원연구원 정인철 박사, KAIST 기계공학과 오세은 박사과정, 윤가영 석사과정이 공동저자로 연구를 수행했다. 연구결과는 촉매·재료 분야 국제학술지 '어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지' 3월 3일 온라인 게재됐다.

2025.04.01 08:29박희범

KETI·성균관대, 전고체 전지 충방전 속도·수명 개선 핵심기술 개발

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 성균관대 김영준 교수 연구팀과 함께 전고체 전지의 충·방전 속도와 수명 개선을 위한 핵심 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 전고체 전지 전극은 일반적으로 활물질·고체 전해질·도전재를 혼합해 구성되지만, 고체 전해질 함량이 증가하면 이온 전도성은 높아지나 전자 이동이 저하하고, 도전재인 카본 블랙의 함량이 증가하면 전자 전도성은 향상되나 이온 이동이 제한돼 이온과 전자 전도성을 동시에 극대화하는 것이 주요 기술적 과제로 지적돼 왔다. KETI 차세대전지연구센터와 성균관대학교 나노과학기술원 김영준 교수 연구팀은 고체 전해질과 탄소나노섬유(CNF)를 함께 합성하는 방식을 개발함으로써 전고체 전지의 이온과 전자 전도성을 동시에 향상하고, 충·방전 속도와 수명이 개선됨을 확인했다. 연구진은 고체 전해질 합성 과정에서 CNF를 균일하게 분산시키는 기계적 밀링과 열처리 공정을 적용한 복합화 방식을 적용했다. 기술 개발을 주도한 김경수 박사(KETI 수석연구원)는 “이 기술은 기존 고체 전해질 합성 공정에 CNF를 추가하는 비교적 단순한 방식으로 구현돼 상업적 적용이 용이할 것으로 기대된다”며 “센터는 연구 결과를 바탕으로 전고체 전지 성능 극대화를 위한 요소 기술 개발에 집중할 계획”이라고 밝혔다. 황화물계 고체 전해질은 이온 전도도가 높지만 탄소와의 산화반응으로 충·방전을 반복 하면 성능이 저하하는 문제가 있었으나, 이번 기술을 적용하면 100회 충·방전 후에도 용량 유지율이 기존 대비 35% 향상되는 것으로 확인됐다. 송준호 KETI 차세대전지연구센터장은 “연구진은 차세대배터리 소재와 전극 기술부터 전지 제조 기술까지 폭넓은 연구를 진행하는 한편, 충청북도 오창에 리튬 이차전지 및 전고체 전지 평가·분석 시설 구축을 추진하고 있다”며 “KETI는 배터리 분야 국내 핵심 거점으로서 전고체 전지 상용화 연구에 주력하겠다”고 밝혔다. 한편, KETI의 연구 성과는 재료화학 분야 국제학술지인 '재료화학 A 저널(Journal of Materials Chemistry A, IF=10.7)' 최신호에 게재됐다. 연구는 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 사업 지원을 받아 수행됐다.

2025.03.14 18:59주문정

HS효성첨단소재, 하노버-파리 글로벌 전시회 동시 출격

HS효성첨단소재가 4일부터 6일까지 독일 하노버에서 열리는 세계 최대 타이어 전시회인 '타이어 테크놀로지 엑스포 2025'와 프랑스 파리에서 열리는 세계 최대 복합재료 전시회인 'JEC 월드 2025'에 동시 참가한다. 조현상 부회장이 이끄는 HS효성그룹으로 분리되고 'HS효성첨단소재'로 사명을 바꾼 이후 첫 참가하는 이번 전시회들을 통해 세계 1위 타이어코드를 비롯해 독자기술로 개발한 탄소섬유 브랜드 '탄섬', 아라미드 섬유 브랜드 '알켁스'를 알리고 글로벌 시장 공략를 확대해 나갈 계획이다. 성낙양 HS효성첨단소재 대표는 “HS효성첨단소재로 새롭게 출범한 후 참가하는 글로벌 전시회인 만큼 의미가 크다"며 "이번 전시회를 통해 글로벌 고객들과 직접 소통하며 맞춤형 솔루션을 제시하고, 신뢰할 수 있는 파트너로서의 입지를 더욱 강화해 나가겠다”고 밝혔다. 독일에서 2000년부터 매년 열리는 타이어 테크놀로지 엑스포는 세계 최대 타이어 전시회로서 세계 각지 타이어 관련 240여 개 업체들이 참가해 최신 기술 및 제품을 소개하고, 선도 기업 및 기관의 연사들이 참여하는 타이어 기술엑스포 컨퍼런스 등 여러 행사가 열린다. 2020년에 이어 이번이 두 번째 참가인 HS효성첨단소재는 타이어 경량화 및 연비개선에 도움이 되는 초고강력 타이어 코드, 타이어 핸들링 등 성능 개선에 도움이 되는 초고탄성 타이어 코드 등 다양한 타이어보강재 제품을 소개하며 HS효성첨단소재의 기술력과 품질을 알리고 고객과의 영업·기술 미팅을 통해 제품 판매 확대에 나선다. 타이어보강재는 자동차 타이어의 안전성, 내구성, 주행성 등을 보강하기 위해 타이어 속에 들어가는 섬유, 강선 소재로 된 보강재로서 HS효성첨단소재는 나일론, 폴리에스터, 라이오셀 등 다양한 소재 섬유 타이어코드뿐 아니라 스틸코드, 비드와이어 등 강선 소재의 타이어보강재까지 개발·생산·공급을 하고 있다. 매년 상반기 프랑스 파리에서 열리는 'JEC 월드' 전시회는 1965년 시작된 전 세계 최대 규모 복합재료 전시회로서 100 여개 국가 1천300개 이상의 업체들이 참가하여 제품 출시, 컨퍼런스, 라이브 시연 등을 펼치는 복합재를 위한 비즈니스의 장이다. HS효성첨단소재는 2013년부터 'JEC 월드' 전시회에 참가해왔다. 탄소섬유 전방산업의 산업 관계자들이 많이 참여하는 이번 전시회에서 수소차용 고압용기, 자동차구조재, 송전용 전선심재 등 '탄섬'으로 만든 제품을 홍보하고 100여개 고객사들과 미팅을 진행한다. 또, 방탄복, 방탄헬멧, 방탄차량 등 방탄 용도에 쓰이는 한편, 5G 등 광케이블의 보강재, 자동차용 호스 및 벨트 등 다양한 산업 및 용도로 쓰이는 아라미드 섬유 '알켁스' 제품들도 함께 전시한다. 탄소섬유는 철에 비해 무게는 4분의1이지만 강도는 10배 이상 강한 섬유로 CNG와 수소 고압용기, 자동차부품, 풍력 블레이드 등 여러 분야의 수요가 늘어나고 있다. HS효성첨단소재는 2010년 독자기술을 바탕으로 국내 최초로 고강도 탄소섬유 '탄섬'을 개발해 2013년부터 전주공장을 운영해오고 있으며, 중국, 베트남에도 생산 거점을 확대해 나가고 있다. 2022년에는 강도가 철보다 14배 이상 높은 'H3065' 초고강도 탄소섬유 개발에 성공하여 향후 우주항공, 자동차, 비행기 등 고성능급에 사용되는 탄소섬유 양산 및 판매를 늘려 나감으로써 글로벌 톱 클래스 수준으로 도약할 것을 기대하고 있다.

2025.03.05 11:23류은주

효성첨단소재, 亞 최대 복합재료 박람회 참가…탄소섬유 시장 공략

HS효성그룹 효성첨단소재가 2일부터 4일까지 중국 상하이에서 열리는 '차이나 컴포짓 엑스포'에 참가해 탄소섬유 브랜드 '탄섬'을 알린다. 효성첨단소재는 이번 전시회에서 수소차용 고압용기, 자동차휠, 스포츠용품, 자전거프레임, 라켓, 전기차용 시트크로스멤버(시트 프레임과 자체 바닥 프레임 고정 부품) 등 '탄섬'으로 만든 제품을 홍보하고 고객들과 미팅을 진행한다. '차이나 컴포짓 엑스포'는 상해에서 열리는 아시아 최대 국제 복합재료 산업박람회로 1988년 첫 개최 이후 성장을 거듭해왔다. 효성첨단소재는 지난해에 이어 올해도 참가하며 글로벌 시장 확대에 나섰다. 조용수 효성첨단소재 대표는 “이번 전시회를 통해 '탄섬'의 우수한 품질과 기술력을 널리 알리고, 탄소섬유 시장 트렌드를 파악해 글로벌 고객들을 적극 공략하겠다"고 밝혔다. 탄소섬유는 철에 비해 무게는 4분의1이지만 강도는 10배 이상 강한 섬유로 자동차, 에너지, 레저 분야 등 다방면의 미래 첨단 소재로 활용되고 있으며, 세계 탄소섬유 수요는 지속적으로 성장할 것으로 전망된다. 효성첨단소재는 2011년 독자기술을 바탕으로 국내 최초로 고강도 탄소섬유 '탄섬'을 개발해 2013년부터 전주공장을 운영해 온 이래 국, 내외에서 지속적인 증설을 진행중이다. 또, 2022년에는 강도가 철보다 14배 이상 높은 'H3065(T-1000급)' 초고강도 탄소섬유 개발에 성공하며 항공, 우주분야까지 진출을 확대해나갈 계획이다.

2024.09.02 11:29류은주

기후위기 주범 탄소로 나노섬유 만든다···탄소 활용+저장 일석이조

기후위기의 주범 이산화탄소(CO₂)를 탄소나노섬유로 전환하는 기술이 개발됐다. 이산화탄소를 실제 산업에서 다양한 용도로 쓰이는 탄소나노섬유 형태로 오랜 기간 저장함으로써 탄소 중립을 앞당길 수 있으리란 기대다. 미국 에너지부(DoE) 브루크헤이븐연구소와 컬럼비아대학 공동 연구진의 이 성과는 학술지 '네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)'에 최근 실렸다. 이산화탄소를 포집해 땅 속에 저장하거나 산업적으로 유용한 다른 소재의 원료로 사용하는 탄소포집·활용·저장(CCUS)은 기후변화를 일으키는 탄소 배출을 막을 주요 기술로 주목받는다. 하지만 탄소 저장엔 유출 위험이 따른다. 탄소를 다른 분야에 활용할 수 있는 소재로 만들려면 많은 추가 에너지가 투입되어야 한다. 탄소 기반으로 만들어진 제품이 곧바로 활용되면서 다시 대기에 탄소를 돌려보내는 결과를 낳기도 한다. 반면 이번에 개발된 기술은 상대적으로 낮은 400℃의 온도로 상압 환경에서 작업 가능하고, 오랜 기간 쓰이는 탄소나노튜브나 나노섬유 소재로 전환되어 대기에 다시 배출되기까지 기간을 연장할 수 있다. 또 공정 부산물로 차세대 에너지로 주목받는 수소도 나온다. 연구진은 이산화탄소를 탄소나노섬유로 전환하는 과정을 두 단계로 나누고 각 단계에 다른 공정과 촉매를 적용하는 방식을 택했다. 일산화탄소(CO)가 이산화탄소에 비해 탄소나노섬유로 전환하기 쉽다는 점에 착안, 우선 이산화탄소를 효율적으로 일산화탄소로 바꾸는 방법을 찾았다. 전류가 흐르면 화학 반응을 유도하는 팔라듐 전기촉매를 이용해 이산화탄소와 물(H₂O)을 일산화탄소와 수소로 분리했다. 이어 철과 코발트 합금으로 열촉매를 만들어 일산화탄소에서 탄소나노섬유를 얻었다. 1천℃ 이상의 고온 환경에서 작업해야 하는 기존 공정과 달리 400℃의 낮은 온도에서 작업 가능하다. 코발트를 약간 첨가하면 탄소 나노섬유 수율이 높아진다는 점도 확인했다. 연구진은 밀도함수이론(DFT) 기반 연산 등 컴퓨팅 모델과 X선 촬영, 투과전자현미경(TEM) 등을 통해 물질의 변화 과정도 규명했다. 사용한 금속촉매를 추출하는 방법도 찾아 재활용 길을 열었다. 진광 첸 컬럼비아대학 화학공학과 교수는 "이산화탄소에서 탄소나노섬유를 얻는 공정을 2단계로 분리함으로써 유용한 물질을 효율적으로 만들어냈다"라며 "이 공정을 모두 신재생에너지로 진행할 수 있게 되면 탄소 저감의 새로운 가능성이 열릴 것"이라고 말했다. 논문 제목은 CO₂ fixation into carbon nanofibres using electrochemical–thermochemical tandem catalysis 이다.

2024.01.15 13:33한세희

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