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4차 산업혁명 시대 이끌 원천기술 확보에 매진하다
2017년 11월 07일 (화) 01:32:31 황인상 전문기자 his@newsmaker.or.kr

이창섭 계명대학교 화학과 교수의 행보가 화제다. 지난 1991년 계명대학교 화학과에 부임한 이창섭 교수는 지금까지 40여 건의 국내외 연구 과제를 수행하였으며, 156편의 학술논문 게재 및 특허 등록 등의 연구 성과를 거두었다.

황인상 기자 his@

이창섭 교수는 계명대학교에 부임한 이후 표면분석화학연구실을 개소하고 화석연료에 포함되어있는 불순물을 제거하여 청정에너지를 만드는 데 사용되는 촉매 개발, 자동차 촉매전환기용 촉매 개발, 자동차 Oil cooler용 내열 및 난연성 고무호스 개발, 알루미늄 엣칭부산물의 가공에 의한 고순도 알루미나 제조공법 개발 등의 연구를 수행해왔다.
이러한 성과를 인정받아 계명대학교 산학우수연구교수상 3회, 비사학술상, International Association of Advanced Materials 로부터 Outstanding Scholar Award, 대구시 문화상(학술부문) 및 각종 국내외 학술대회 우수논문상을 4회 수상한 바 있다.

리튬이차전지의 차세대 전극소재 개발
그간 이창섭 교수는 계명대학교 표면분석화학연구실팀과 함께 리튬이차전지에 나노-실리콘/탄소나노섬유 복합체를 음극소재로 사용하는 기술 개발에 매진해 왔다. 리튬이차전지는 전기자동차부터 에너지저장, 로봇에 이르기까지 다양한 응용분야의 핵심기술로 부각되면서 산업적 중요성이 더욱 커지고 있다. 현재 리튬이차전지의 전극소재로 사용되고 있는 실리콘은 이론충전용량이 4,200mAh/g으로 탄소소재인 흑연보다 충전용량이 11배 크고, 가격이 저렴한 것이 장점이다. 그러나 충전과 방전이 장시간 이어질 때 부피팽창이 일어나 전지의 수명이 단축된다는 한계가 있다.

▲ 이창섭 교수
이창섭 교수가 개발한 나노-실리콘/탄소나노섬유 복합체는 화학기상증착법을 기반으로 실란류 화합물과 탄화수소를 사용하면 효과적으로 제조할 수 있다. 이를 통해 실리콘의 부피 팽창 효과를 극소화하여 현재 리튬이차전지 전극소재의 문제점인 충·방전 효율의 한계와 짧은 수명, 충전 속도의 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 나노-실리콘/탄소나노섬유 복합체에 전이금속산화물을 코팅함으로써 전기전도도를 향상시키며, 전해질의 부반응을 억제하여 충전유지율을 향상시키고 아울러 전극의 수명도 연장할 수 있다. 때문에 상용 리튬 이차전지의 에너지 밀도 및 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있는 차세대 음극 및 양극의 핵심기술로 평가받는다. 이창섭 교수는 “이 기술을 통해 현재 우리나라가 세계시장에서 우위를 차지하고 있는 휴대전화뿐만 아니라, 앞으로 수요가 급증할 전기자동차, 수퍼캐패시터 및 전력저장용 전지 분야의 시장에서 경쟁력을 확보하는데 큰 역할을 할 것”으로 전망했다.

한편 이에 2010년부터 독일의 Chemnitz 공과대학교 및 Bayreuth 대학교와 공동으로 탄소나노섬유 및 이를 응용한 이차전지 전극재료의 개발 연구를 시작한 이창섭 교수는 2012년 한국연구재단으로부터 ‘전이금속 촉매를 기반으로 한 탄소나노섬유의 합성 및 전극재료로의 응용’과제가 선정되어 본격적으로 탄소나노섬유에 대한 연구를 시작했다. 이후 2015년 5월에 리튬이차전지의 차세대 전극소재를 개발하는 연구로 ’지역혁신창의인력양성사업‘ 신규과제에 선정된 이후 양극 소재 분야에서 World top 3에 속하는 대구의 (주)엘앤에프와 공동으로 과제를 수행하면서, 현재 국산화율이 1%에 불과한 음극재 시장을 성장시키는 데 이바지하고 있다.

기능화한 그래핀을 적용한 고체윤활제 개발 연구 수행
최근 이창섭 교수는 루브캠코리아(주)와 함께 고체윤활제 개발에 매진하고 있다. 고체윤활제는 마찰이론에서 가장 윤활이 어려운 경계마찰 조건에서 사용되는 것으로, 특히 대형 개방형 기어와 같은 저속, 고하중 설비의 윤활에 상당히 효과적이다. 현재 이 교수가 개발 중인 고체윤활제는 나노플러렌 구조의 WS2(이황화텅스텐)이란 물질로서, 이 구형의 나노 이황화텅스텐은 일반적인 조건에서는 구름베어링의 볼과 같이 작용하여 윤활제의 윤활성을 촉진한다. 또한 금속표면에 손상이 있는 경우, 다층구조의 플러렌은 일정한 온도와 압력이 존재하게 되면 트라이보 필름이 방출되어 금속표면에 윤활이 되는 다층의 코팅막을 형성하게 되는 물질이다.

이창섭 교수는 “시중에 많이 유통되는 나노 금속에 기초한 표면재생 코팅제와는 달리, 나노이황화텅스텐 물질은 아주 낮은 마찰계수를 가지고 있다”면서 “코팅 작용 이후 윤활성이 있는 강한 코팅막을 형성함으로써, 윤활 특성에 있어 다른 타 고체윤활제와는 분명한 차별성이 있다”고 설명했다. 기존의 액체윤활제 및 첨가제는 고온, 고압 조건하에서 엔진작동에 필요한 내마모성, 고온성 및 윤활제의 수명특성이 부족하다. 그러나 이창섭 교수가 현재 개발 중인 이황화텅스텐 및 개질한 그래핀 고체윤활제를 적용하면, 기존의 시장제품 이상으로 탁월한 성능이 예상되므로 시장의 석권이 가능할 것으로 판단된다. 이창섭 교수는 “차세대 물질인 그래핀은 이미 대학과 연구소를 중심으로 기초연구는 많이 이루어져 있으나 윤활산업분야에서의 적용은 극히 제한적이다. 특히 고체윤활제에 관한 그래핀 제품이 현재 세계적으로 전무하다”면서 “이 연구가 성공하면, 극한 조건에서 기계적 특성 및 내마모성 특성이 우수한 엔진오일 및 그리스의 신제품으로 상업화가 충분히 가능하다”고 강조했다. NM


 

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