차세대탄소나노튜브섬유: 더가늘고강도는세, 국내에서 개발
일반 탄소 섬유가 탄소 원자가 6각형으로 연결 돼 층을 이룬 구조라면 탄 소나노튜브는 탄소 6각 형이 다발을 이룬 모양이 다. 말하자면 탄소섬유의 기본 구조는 닭장을, 탄 소나노튜브는 죽부인을 떠올리면 된다.
탄소나노튜브는 구리보다 전기를 1,000배나 잘 흘리고 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 특히 탄소섬유는 자 기 모양에서 1％만 변형시켜도 끊어지지만 탄소나노튜브 는 15％가 변형되어도 견딜 수 있다.
문제는 길이다. 탄소섬유처럼 상용화를 하려면 실을 뽑 아 천을 짜야 한다. 하지만 탄소나노튜브를 길게 실로 뽑아 낼 기술이 아직 없다. 전 세계에서 탄소나노튜브 섬유 개발 경쟁이 일고 있는 것도 이 때문.
최근 국내 연구진이 이런 탄소나노튜브로 초고강도 탄소 섬유를 개발했다. KAIST 홍순형(신소재공학과)·이해신 (화학과) 교수 공동 연구진은 홍합이 바위에 달라붙을 때 쓰는 실의 단백질을 탄소나노튜브로 모방했다. 홍합에서 나오는 0.5mm 두께의 실 하나는 12.5kg의 물체를 들어 올릴 수 있다.
홍순형 교수는“탄소나노튜브 섬유는 기존의 탄소강보 다 3배나 강해 직물로 만들면 방탄복이나 인공 근육으로 활 용이 가능하다”며“전기도 잘 흐르기 때문에 항공기 소재 로 이용하면 전자파를 막는 스텔스기도 만들 수 있다”고 말
했다. (조선일보, 2011년 7월 1일)
전기자동차용 SCiB 축전지 상용화
미쓰비시 자동차는 자사의 신규개발 전기자동차인 i- MiEV모델과 MINICAB-MiEV 모델에 전원을 공급하는 축 전지로 도시바의 SCiB(lithium-titante) 축전지를 선택했 다. 양극에 티탄산염 리튬을 가진 SCiB는, 높은 수준의 운 영 안전성과 긴 수명 그리고 신속한 충전을 보장한다. 또한, 티탄산염 리튬을 사용함으로써 양극과 음극 사이의 세퍼레 이터 내의 구멍의 가능성을 감소시켜 접촉 위험과 회로 단락 의 위험성을 최소화시키고 매우 낮은 온도를 포함한 다양한 엄혹한 운영 조건에서도 축전지의 성능을 유지할 수 있다고 도시바는 밝혔다. 도시바에 따르면, SCiB 축전지는 기존의 LiB보다 충/방전 사이클을 2.5배 이상 지원한다. 전기자동 차 충전 시스템인 [CHAdeMO]를 이용하여 최고의 전류로 충전된 SCiB 축전지는 15분 이내에 완전 용량의 80% 이 상 충전되고 10분이내에는 50%, 5분이내에는 25% 충전 되어 같은 환경에서 LiB 축전지 10kWh 1/2팩에 걸리는 충 전시간보다 월등하다. 또한, SCiB 축전지는 재충전될 때 열 을 거의 발생시키지 않아 축전지 모듈을 냉각시키는 열이 불 필요하다. 미쓰비시가 새롭게 개발한 전기자동차의 SCiB 축전지는 일본 북서부에 있는 니가타현 도시바의 가와사키 운영소에서 제작될 예정이며, 이 새롭게 건설된 SCiB 축전 지 제작 전용시설은 올해 2월에 생산라인이 준비되었다. 도 시바는 HEV와 PHEV 전기자동차를 포함한 다양한 전기자 동차에 SCiB 축전지의 사용을 확대하기 위한 기반을두고 시장의 성장에 신속하게 대응할 수 있는 생산 운영 구조를 갖출 예정이다. (KISTI-GTB, 2011년 6월 29일)
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 29, No. 4, 2011…445
446…NICE, 제29권 제4호, 2011
전기차급속충전기상용화... 14분이면OK
국내 연구진이 전기자동차를 14분만에 채우는 급속충전 기를 개발했다.
한국전기연구원(KERI·원장 유태환)은 환경부 무저공 해 자동차사업단 지원 아래 2년여 동안‘전기자동차 급속 충전시스템 상용화 개발 및 인프라구축방안 제시’과제(과 제책임자 임근희 KERI 전기추진연구센터장)를 수행, 최근 급속충전기 개발과 상용화를 완료했다고 밝혔다.
KERI와 과제 참여기업 코디에스·피에스텍·파워로직 스 등이 공동 개발한 이 급속충전기는 60kW 용량으로 최 대 150A의 충전이 가능하다. 기존 급속충전기(50kW, 110A급)와 비교해 출력이 20% 정도 높아 충전 기능의 핵 심인 충전 시간을 약 35% 단축할 수 있다.
KERI는 자체 시험 결과, 준중형급 전기자동차의 20kWh 급 배터리 충전은 17분, 소형 전기자동차의 16kWh급 배터 리는 14분 정도면 완료되는 것을 확인했다고 설명했다.
충전기는 과제 참여기업 코디에스를 통해 양산화에 이은 판매가 진행 중이다.
이 충전기 개발에는 KERI 특허기술인 고주파 소프트 스 위칭 방식의‘고효율 컨버터 토폴로지’가 적용됐다. 이를 통 해 60kW 출력 시 최대 효율 96~97%, 330V급 배터리 충전 시에는 93~95%의 높은 효율을 달성했다. 충전기는 변동 요금제에 따른 실시간 전력요금 계산 기능도 갖추고 있다.
임근희 센터장은“BMS(배터리 관리 시스템) 시뮬레이 터를 함께 개발해 차량 배터리와 BMS 시뮬레이터만으로 급속충전기의 통신 및 충전 시험이 가능하도록 구현했다”
며“충전시간 단축은 물론 스마트 전력계산 기능 등을 갖춘 이 급속충전기는 전기차 시대 인프라 구축에 크게 기여할 것”이라 말했다. (전자신문, 2011년 6월 23일)
미국Virent, 식물원료기반의PET bottle 개발중
미국의 Virent는 식물기반의 당분으로부터 자체 촉매공 정을 거쳐 PET 원료인 PX를 개발하는 데 성공했다고 밝혔 다. 동사는 이를 통해 100% 재활용이 가능한 음료用 PET bottle을 제조할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동 제품은
“BioFormPX”로 개발되고 있으며, 석화계 PX와 분자구조 가 동일한 것으로 알려졌다. 또한 동 친환경 PX을 통해 석 유가 없이도 bottle, 포장용 제품, 섬유 및 기타소재를 생산 할 수 있다. 관계자는“동 식물기반의 PX는 100% 친환경 소재로 제조되었으며, 석유와는 전혀 관계없이 재활용 제품 및 포장용 소재를 생산할 수 있다”고 설명했다. 동 관계자는
“자사의 촉매공정을 통해 다양한 원료로부터 PX를 생산할 수 있다”며, “또한 수요업체의 요구에 대응하여 혼합생산도 가능할 것”이라고 설명했다. 일례로 사탕수수, 옥수수, 목 질계 바이오매스 등 다양한 원료로부터 생산, 혼합이 가능 할 것으로 기대된다. 동 촉매공정은 수요업체의 스펙에 적 용가능하며, 석화계 원료를 대체할 수 있는 전반적인 범위 에 대응할 수 있다. 한편, Virent는 Shell, Cargill, Honda 의 투자에 의해 설립되었으며, 위스콘신주 Madison 지역 에서 가동중인 연산 10천갤런 설비의 확대를 위한 투자업체 를 물색중이다. (씨스켐, 2011년 6월 22일)
Dow, 고분자 대체 난연제 개발
Dow Chemical의자회사DGTL(Dow Global Technology) 가 고분자 대체 난연제를 개발해 주목된다.
DGTL은 HBCD(Hexaboromocyclododecane)을 대체할 고분자 신규 브롬화 폴리머 난연제 기술을 난연제 메이저인 Chemtura에게 기술공여할 계획으로, 곧 상용 화가 추진될 것으로 알려졌다. HBCD는 난연성과 내구성 이 뛰어나지만 난분해성 및 생체축적성이 높아 각국에서 규제강화 움직임이 뚜렷해지고 있다. DGTL이 개발한 고 분자 브롬화 폴리머 난연제는 난분해성, 생체축정성, 독성 을 가진 PBT물질이 아닌 것으로 알려졌으며 XPS(Extruded Polystyrene) 및 EPS(Expandable Polystyrene) 폼 용 표 준 난 연 제 를 대 체 할 것 으 로 기 대 되 고 있 다 . Chemtura는 DGTL과 라이센스 계약을 체결함으로써
<Emeraid> 브랜드로 생산·판매할 예정이다. DGTL은
Chemtura와의 계약을 위해 본사와 협의를 진행하고 있 으며 2011년 중으로 마무리지을 것으로 알려지고 있다.
이에 따라 2011년 고분자 브롬화 폴리머 난연제를 일부 생산하고, 2012년에는 라이센스를 취득한 Chemtura가 양산설비 건설에 들어가 2013~2015년에는 현재의 HBCD를 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
(화학경제연구원, 2011년 6월 8일)
국내연구진, 테라급실리콘반도체가능성열었다
충북대 최중범 교수(물리학과)는 일본 홋카이도대, 영국 케임브리지대와의 국제 공동연구를 통해 세계 최초로 2nm 크기 반도체 트랜지스터를 제작해 상온 양자효과를 관측하 는 데 성공했다고 밝혔다. 양자효과는 트랜지스터 크기가 10nm 이하로 줄어들거나 극저온(영하 200도 이하) 상태에 서 에너지나 전자가 작은 덩어리처럼 움직이는 특이한 현상 을 말한다. 지난 20여년간 극저온에서만 관측됐으며, 상온
에서 이를 구현한 트랜지스터 개발은 이번이 처음이다. 연 구팀은 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에 10nm 폭의 나 노채널을 만들고 채널 가운데에 10nm 폭의 홈을 팠다. 그 런 후 열산화기법을 이용해 홈에 힘을 가하자 가로세로 10nm 크기의 홈이 가로세로 2nm로 줄어들면서 양자효과 가 일어났다. 최중범 교수는“현재 상용화된 트랜지스터는 30nm 정도이고, 실험적으로 개발된 크기도 20nm 정도인 데, 2nm 크기는 세계 최소 수준”이라고 밝혔다. 기존 반도 체는 0 혹은 1의 입력값으로만 연산이 가능한 데 반해 이 트 랜지스터는 양자효과에 의해 한 개의 소자에서 0, 1, 2, 3 등 4개 입력값을 가질 수 있었다. 반도체 2개로 동시에 연산을 구현할 경우 기존 반도체에서는 4가지 기능을 할 수 있는 데 비해 이 트랜지스터는 16가지 기능을 수행할 수 있다. 뿐만 아니라 소비전력이 10분의 1로 줄어들고 성능은 수십배 높 은 것으로 확인됐다. (디지털타임즈, 2011년 5월 31일)
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 29, No. 4, 2011…447
