폴리올이라는 용매를 이용한 초급속 연소 합성법으로 차세대 에너지 저장용 나노 물질*을 손쉽게 얻을 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 이번에 개발한 기술은 기능성 나노물질 중 안정적 구조와 높은 용량을 보여 리튬이차전지의 전극물질로 주목받는 인산철 소재보다 전기 전도도가 높으며, 별도의 탄소막 제조공정이 필요치않아 경제적 효과도 탁월한 것으로 나타났다.

배터리에 에너지를 저장하기 위해 사용되는 전극 물질 등과 같은 기능성 나노 결정 물질을 극히 짧은 시간 동안 합성할 수 있는'초급속 연소 합성법'을 국내 연구진이 개발했다. 이로써 저비용 대량 합성 공정을 통한 기능성 나노 소재 상용화 가능성이 열렸다. 나노 물질의 초급속 연소 합성법 기술 개발 연구는 전남대 김재국 교수가 주도하고, 김지현 박사 과정생, Vinod Mathew 연구교수(제1공동저자), 포항가속기연구소 안도천 박사, 전남대 송선주, 윤현석 교수 등이 참여했다.

폴리올을 이용한 초급속 연소법
최근 이차 전지와 더불어 에너지 저장 및 변환 시스템의 발전은 현재 직면된 에너지 위기 측면에서 필수적이고 반드시 해결해야 할 과제다. 그래서 특별한 물리화학적 특성을 가질 수 있는 기능성 나노물질에 대한 관심이 더욱 커지고 있다.
기능성 나노 물질 중 안정적인 구조와 높은 용량을 보여주는 인산철(LiFePO4) 소재는 리튬 이차전지의 전극 물질로 상용화 된 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 대체할 수 있는 차세대 물질로 주목받고 있다. 그런데 인산철 소재는 낮은 전기전도도 등의 단점을 가지고 있어 이를 극복하기 위해 많은 연구가 진행 중이나 현재까지 개발된 방법으로는 수차례의 열처리 등 물리화학적 특성을 향상시킬 수 있는 합성 공정을 동반해야 한다.
하지만 기존의 졸-겔법, 수열합성법, 용매열 합성법 등의 습식 합성법들은 복잡한 공정과 후처리 등으로 많은 비용이 소요되고, 각 공정들이 일괄적으로 진행되지 않는 등 대량 생산을 통한 상용화에 많은 제약이 있어 저비용, 단순한 처리 과정 개발에 대한 요구가 증대되고 있다.
김재국 교수 연구팀은 폴리올Polyol이라는 용매을 이용해 짧은 시간에 전구체 용액을 점화시켜 연소 반응을 일으키는 간단한 합성 방법인 초급속 연소 합성법을 개발했다. 이는 복잡한 공정을 단순화한 방법이다. 폴리올은 알코올의 한 종류로 연소되면서 주위의 산소를 없애는 특징이 있고 일정 온도에서 발화하는 특징을 가지고 있어 용매로 응용되는 소재다. 하이드록시기(hydroxyl group,-OH)의 결합 길이에 따라 Ethylene glycol(EG), Diethylene glycol(DEG), Triethylene glycol(TEG), Tetraethylene glycol(TTEG) 등 여러 가지 폴리올이 존재하며 결합 길이가 길어짐에 따라 끓는 점(Boiling point)이 높아지는 특징이 있다. 또한 끓는 점 근처에서 결합이 끊어지는 과정에서 환원 분위기를 조성할 수 있는 용매로 응용된다.