23일 KAIST에 따르면 생명화학공학과 이진우 교수팀이 개발한 이 기술은 다공성 무기질 소재를 동전처럼 둥글고 납작한 형상으로 제어할 수 있고 크기와 두께 등의 물성을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 원천 기술이다.

기존 리튬 이온 이차전지보다 2~3배 높은 에너지 밀도를 발현할 수 있을 것으로 기대되는 리튬-황 이차전지의 분리막에 나노코인을 코팅하자 성능 저하 원인으로 꼽히는 리튬폴리설파이드의 용출을 효과적으로 억제해 분리막의 두께 대비 용량보전율이 세계 최고 수준을 보였다.

기존 합성은 기판을 이용하거나 별도의 주형을 사용하는 방식으로 소재의 형상 원판처럼 제어함과 동시에 두께를 조절하는 데는 한계가 있다. 또 다공성 구조 형성을 위해서는 추가적인 공정이 필요했다.

연구팀은 블록공중합체와 단일중합체의 고분자 블렌드의 상거동을 이용해 다공성 2차원 무기질 나노코인을 3나노미터 두께로 합성해냈다. 서로 섞이지 않는 단일중합체와 블록공중합체의 계면에너지가 달라짐에 따라서 나노구조의 배향과 입자의 모양이 달라지는 원리를 이용한 것. 또 나노구조의 형성을 위해 무기질 소재 내부에 함께 자기조립 된 블록공중합체가 제거되면서 마이크로 기공이 형성됐다.

이 합성 방법은 별도의 주형이 필요하지 않은 간단한 원팟 방법으로 기존의 복잡한 과정을 혁신적으로 줄여 생산력이 뛰어나다.

또 블록공중합체의 분자량과 고분자 대비 질량을 조절해 손쉽게 나노 넓이와 두께를 조절할 수 있고 다른 소재로의 확장도 가능해 맞춤형 나노소재로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이진우 교수는 "고분자 분야와 무기 소재 합성을 잇는 연구가 실용적인 에너지 장치 성능 향상에 큰 기여를 할 수 있을 것"이라고 말했다.