- 웨어러블 기기에 최적화된 비정형 에너지 저장장치 기초 섬유 기술 개발 - 활성물질 추가 공정 불필요, 습식방사로 대량생산 가능 삼성 갤럭시 링과 애플의 비전프로 같은 최신 웨어러블 기기들은 건강관리에서 한 걸음 더 나아가 가상공간에서의 업무수행까지 가능하게 하는 수준에 다다르고 있다. 그런데 작고 가벼워야 하는 웨어러블 기기의 특성상 배터리 용량이 제한될 수밖에 없어 여전히 다양한 기능을 탑재하기에는 기술적 한계가 있다. 웨어러블 기기가 상상 속 삶을 완벽히 구현하려면 더 가벼우면서 형태에 구애받지 않는 비정형 에너지 저장방식의 개발이 필요하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 전북분원 기능성복합소재연구센터 정현수 박사, 김남동 박사와 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동 연구팀이 에너지를 저장할 수 있는 섬유형 전극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이 섬유는 강하고 가벼운 동시에 매우 유연한 특성을 가져 웨어러블 기기 폼팩터의 자유도를 높이고, 다양한 형태와 사용 용도에 맞춰 제작할 수도 있다. 탄소나노튜브 섬유는 유연하고 가벼우며, 뛰어난 기계‧전기적 특성을 보유해 웨어러블 디바이스의 기초소재로 기대된다. 하지만 비표면적이 작고 전기화학 활성이 부족해 기존 연구에서는 주로 집전체로만 이용하고, 표면에 활성물질을 코팅하는 방법을 주로 사용했다. 그런데 이러한 접근법은 추가 물질 및 공정으로 비용이 상승하여 비경제적일 뿐만 아니라, 장기간 사용하거나 물리적 변형이 발생하면 활성물질이 섬유로부터 분리될 가능성이 높다. KIST 연구팀은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 활성물질 없이도 높은 에너지 저장능력을 가진 섬유형 전극 소재를 개발했다. 연구팀은 파우더 형태의 탄소나노튜브를 산처리해 개질하고 섬유화함으로써 전기화학 활성과 우수한 물리적 특성을 모두 갖춘 탄소나노튜브 섬유를 개발했다. 개질된 탄소나노튜브 섬유는 일반 탄소나노튜브 섬유 대비 에너지 저장능력이 33배 증가하고, 기계적 강도는 3.3배, 전기 전도도는 1.3배 이상 증가했다. 게다가 순수한 탄소나노튜브 섬유만을 사용해 에너지 저장 전극 소재를 개발했기 때문에 습식방사 기술을 이용한 대량생산이 가능하다. 섬유형 슈퍼 커패시터로 제작해 테스트한 결과, 매듭을 지었을 때 100%에 가까운 성능이 유지되고 5,000번 구부림 테스트를 거친 후에도 95%의 성능을 유지했다. 또한 일반섬유와 탄소나노튜브 섬유를 직조해 디지털시계의 손목 줄로 제작했을 때도 구부림, 접기, 세척 후 잘 작동됐다. KIST 김승민 박사는 “최근 이차전지의 도전재로 활용되며 다시 주목을 받기 시작한 탄소나노튜브가 훨씬 다양한 분야에 활용될 수 있음을 확인했다”고 연구의 의의를 설명했다. 공동연구자인 정현수 박사는 “탄소나노튜브 섬유는 우리가 보유한 원천기술과 선진국과의 기술격차가 크지 않아 경쟁력이 있는 분야”라며, “비정형 에너지 저장 핵심 소재로 응용하기 위한 연구를 지속하겠다”고 밝혔다. 또 다른 공동연구자인 김남동 박사는 “슈퍼 커패시터에서 더 나아가 에너지 밀도가 높은 섬유형 배터리로 응용하기 위한 연구를 현재 수행 중”이라고 밝혔다. 본 연구는 KIST 주요사업 (ORP, K-DARPA)과 과학기술정보통신부 (장관 이종호)의 지역선도연구센터사업 (2019R1A5A8080326), 산업통상자원부 (장관 안덕근)의 소재부품산업핵심기술개발 사업 (20017548)과 현대자동차의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 재료분야 국제 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF 27.8, JCR 2.8%)에 표지논문 (Front Cover)으로 게재됐다. * 논문명 Active Material-Free Continuous Carbon Nanotube Fibers with Unprecedented Enhancement of Physicochemical Properties for Fiber-Type Solid-State Supercapacitors [그림 1] 기능화된 탄소나노트브의 물성과 전기화학 활성도 위 그림은 기능화된 탄소나노튜브의 원섬유 대비 기계적, 전기전도도 물성 향상 비교를 나타내며 활물질 없이 표면이 깨끗함에도 불구하고 전기화학 활성도가 33배 증가함을 나타낸다. [그림 2] 웨어러블 슈퍼캐패시터 실증 위 그림은 탄소나노튜브 섬유를 섬유형 슈퍼캐패시터 (FSSCs)로 제작하여 에너지 저장 능력과 웨어러블 특성들을 시중에서 구입한 디지털 시계로 실증한 것들이다.

반도체 기술로 여는 양자기술 미래 시공간 넘나드는 과학적 원리 핵심 기술영향 평가 대상으로 투자 박차 美 주도 다자 협의체 13번째 참여국 고군분투 속 기술 후발주자로 한계 미세한 공정 요구하는 ‘양자소자’ 반도체로 축적한 우리 인프라 활용 양자소자 분야서 기술패권 쥘 수도 KIST, 작년부터 개방형 공동 연구 내년까지 서울시와 양자랩 설치 정부·지자체 전방위 적극 지원도 최근 공개된 넷플릭스 ‘삼체’는 2015년 아시아 최초로 SF 소설계의 노벨상이라고 불리는 휴고상을 수상한 중국 작가 류츠신의 소설을 영상화한 드라마다. 5명의 과학자가 인류의 운명을 결정하는 거대한 위협을 해결하는 모습을 담고 있다. 이 드라마에서 외계인은 다차원의 우주 공간에서 양자 기술을 이용해 순식간에 다른 우주로 이동하거나 지구의 문명에 대한 정보를 실시간으로 주고받으며 인류를 위협한다. 이처럼 양자과학기술은 그것을 연구하는 과학자들만의 관심 대상이 아니라 드라마나 영화의 소재가 될 정도로 일반인들의 관심이 높은 주제다. 양자정보연구단 이미지. 한국과학기술연구원 높아진 관심과 인식은 정부에서 진행하는 기술영향평가 선정결과에도 반영되고 있다. 기술영향평가는 경제·사회적 파급효과가 큰 미래 신기술을 매년 선정해 이 기술이 사회에 미치는 다양한 영향을 사전에 논의하는 장이다. 전문가와 일반 시민들이 위원으로 참여한다. 2001년 과학기술기본법 제정으로 의무화됐고 정부는 2003년부터 주요 미래 기술을 선정해 이를 대상으로 기술영향평가를 실시해 왔다. 최근에는 ‘레벨4 이상의 자율주행’(2021년), ‘합성생물학’(2022년) 등이 논의된 바 있다. 그리고 지난해엔 ‘양자과학기술’이 기술영향 평가 대상으로 논의됐다. 양자기술에 대한 대중들의 높아진 인식이 반영된 것으로, 향후 양자과학기술에 대해 집중적인 투자로 이어질 것임을 예상할 수 있게 한다. 이번 기술영향평가를 통해 양자과학기술의 분야별 파급효과와 그에 따른 정책 제언을 도출했는데 경제 분야에서는 국내 양자 생태계의 조성 및 표준화 연계기술 개발, 사회 분야에서는 상호협력 유도 및 교육 지원, 법률·규제 측면에서는 양자기술 발전을 위한 제도 마련 등이 제시된 바 있다. 이미지 아쉬웠던 점은 양자과학기술에 대한 여러 의견 가운데 ‘어렵다’는 내용이 여전히 포함돼 있다는 사실이다. 그 와중에 다행인 것은 ‘어렵다’는 의견이 시간이 지날수록 조금씩 줄어들고 있다는 점인데 ‘양자’ 자체에 대한 깊은 이해는 당연히 어려울 수 있지만, 영화나 드라마에서 양자 개념을 이해하는 가운데 양자과학기술에 대한 관심이 생겨나고 있는 것처럼 점점 익숙해지고 있는 추세라는 점은 희망적이다. 양자과학기술 분야의 경우 선진국과의 기술 격차가 크다는 인식은 무겁게 생각해 볼 필요가 있다. 우리나라가 관심을 가지고 양자과학기술을 대하기 시작한 것이 비교적 최근의 일이고 많은 나라들은 이미 오래전부터 깊은 관심과 투자를 계속해 왔기 때문에 2020년 한국과학기술기획평가원(KISTEP)의 기술수준 평가에서도 확인할 수 있었듯이 현재 우리 양자기술은 최고 선도국 대비 62.5% 정도 수준이다. 이미지 확대 이종호(오른쪽) 과학기술정보통신부 장관과 아라티 프라바카 미 백악관 과학기술정책실장이 지난해 4월 25일(현지시간) 한미 양자과학기술 협력 공동성명서에 서명했다. 한국과학기술연구원 비록 우리나라가 지난해 4월 미국이 양자과학기술 선도국을 중심으로 운영하고 있는 정부 간 양자 다자협의체(일명 ‘2N vs 2N’)에 열세 번째 국가로 참여하는 등 기술격차 해소를 위해 노력하고 있지만 ‘13’이라는 숫자가 나타내고 있듯이 우리는 후발주자다. 빠르게 리딩 기술을 확보해 추월하지 못하면 선진국이 주도하는 협력체계에서 설 자리가 줄어들 것은 불 보듯 뻔하다. 그런 점에서 스위스가 오랜 기간에 걸쳐 축적해 온 나노, 재료, 광학 분야의 기술을 접목해 단기간 내에 양자 강국으로 도약한 사례는 시사하는 바가 크다. 그렇다면 우리는 어떤 길을 택해야 할 것인가. 반도체 공정기술은 우리나라가 현재 세계를 선도하고 있는 분야로 스위스의 나노, 재료, 광학 분야처럼 우리만의 축적된 내공을 보유하고 있다. 그런데 나노미터 크기에서 나타나는 양자현상을 응용한 양자소자는 양자과학기술을 구성하는 기본요소이고 극한의 미시세계를 다루어야 한다. 때문에 현존하는 기술 가운데 가장 미세하고 정교함이 요구되는 반도체 공정기술을 이용해 만드는 것이 최선의 방법이라는 게 학계의 다수가 동의하는 부분이다. 반도체 전문가인 필자는 이와 관련해 이미 구축돼 있는 풍부한 인프라와 다양한 인력풀을 최대한 활용한다면 양자소자 분야에서 우리나라가 지속적인 기술 우월성을 갖고 기술패권 시대를 열어 갈 수 있을 것이라는 조심스러운 기대를 하고 있다. 한국과학기술연구원(KIST)은 지난해부터 연구소와 대학, 산업계의 연구 역량을 결집해 국가 차원의 양자핵심기술 개발을 위한 개방형 양자공동연구사업을 운영하고 있다. 사업에 참여하고 있는 연구자들은 단순히 연구 성과를 공유하는 것이 아니라 기존의 학제·기관 간 경계를 허물고 산업계 수요에 기반한 공동 프로젝트 수행을 통해 문제해결형 원천기술을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 이 과정에서 현장형 전문인력을 지속적으로 양성함으로써 양자 선도국가로 발돋움하기 위한 밑바탕을 튼튼히 다지는 역할 또한 담당하고 있다. 한편 KIST는 2025년까지 서울시와 함께 융합연구를 위한 개방형 양자팹·양자랩 또한 설치할 예정이다. 서울양자기술융합지원센터(가칭) 조감도. 한국과학기술연구원 기술영향평가 결과에서도 언급하고 있듯이 양자소자를 반도체 기술을 기반으로 제작하기 위한 기술 외적인 기반도 준비되는 등 분위기가 무르익고 있다. 지난해 10월 31일 제정된 양자과학기술 및 양자산업 육성에 관한 법률(양자기술산업법)이 그 토대가 될 것이다. 이와 더불어 최근에는 경기도가 양자산업과 관련해 조례 제정을 추진하는 등 양자산업에 대한 적극적인 지원은 중앙정부를 넘어 지방자치단체로 확산되고 있다. 얼마 전까지만 해도 모두가 어렵게만 느꼈던 양자과학기술에 대한 개념이 점차 익숙해지고 있는 것처럼 아직은 다소 멀게 느껴지는 선진국과의 기술 격차도 우리가 그동안 축적해 온 반도체 기술 분야의 강점과 오랜 시간 지속적으로 다져 온 개방형 연구체계, 거기에 정부와 지자체의 법률 및 정책적 지원에 이르기까지 전방위적인 지원을 받을 수 있다면 빠른 시간 내에 극복할 수 있다고 생각한다. 누군가는 너무 낙관적이라고 생각할지 모르지만 내 상상 속에서는 이미 KIST에 세워진 양자팹에서 산학연의 전문가들이 모여 반도체 기술을 활용한 다양한 방식의 양자 연구를 수행하고 있는 모습이 그려진다. 김형준 KIST 차세대반도체연구소장 ■김형준 소장은 서울시·과기부 제공초전력 반도체 소자 및 공정 분야 전문가로 KIST에서 17년간 전자·반도체 분야 원천기술 연구를 수행해 왔다. 반도체에 기반한 차세대 컴퓨팅 및 양자 원천기술을 개발하고 있다. 출처 : 서울신문(링크)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

- 초임계 상태 물만으로 수십 분 내에 99% 친환경 재활용 가능 - 폐 재활용섬유를 E-모빌리티 배터리 전극재로 업사이클링 까지 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 금속보다 가볍고 강도가 높아 항공, 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용되면서 사용량이 증가해 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다. 그런데 CFRP는 자연분해가 되지 않으며, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 RAMP융합연구단 정용채 단장 연구팀이 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는 초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 초임계 상태의 물은 높은 극성, 확산성, 그리고 밀도를 가져 CFRP에 함침된 에폭시만을 선택적으로 제거함으로써 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다. 연구팀은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매등을 사용하지 않고 물만을 이용해 고효율의 재활용 시스템을 완성했다. 또한 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다. 이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 우수한 전기적 전도성을 가진다. 수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구성과가 처음이다. 지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일하다는 제약으로 인해 그 활용처가 주로 복합소재의 충진제에 국한됐다. 이와 비교해 연구팀이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 코인셀 평가에서 흑연 대비 동등 혹은 그 이상의 성능을 나타냈다. KIST 정용채 단장은 “전 세계적으로 탄소복합소재(CFRP)의 폐기물량이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”면서, “탄소배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 융합연구단사업 (CRC23011-000)과 나노 및 소재기술개발사업 (2021M3H4A1A0304129)으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 카본 (CARBON) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Simultaneous recycling and nitrogen doping in carbon fiber reinforced plastic using eco-friendly supercritical water treatment for Li-ion batteries anode application - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (공동제 1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 책임연구원 [그림 1] 탄소복합소재를 물로 재활용한 전/후실사진 이미지 (CFRP:원소재(재활용 전), N-CF: 질소도핑된 탄소섬유 (재활용 후)) [그림 2] 업사이클링 재활용 탄소섬유의 배터리 용량 평가결과 (P-CF:원소재, R-CF:재활용 탄소섬유, N-CF: 질소도핑 재활용 탄소섬유)

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