한국해양대학교(총장 도덕희)는 ‘촉매정제 공정이 필요 없는 탄소나노튜브(CNT) 생산 기술 사업화를 위한 기술이전 계약’을 지난달 29일 체결했으며, ‘CNT 시장 선점을 위한 상용화 등 기술사업화 업무협약식’을 대학본부 5층 국제회의실에서 12일 개최했다고 밝혔다.

협약에 따라 한국해양대와 프리원㈜은 촉매정제 공정이 필요 없는 탄소나노튜브 대량 생산을 위해 △한국해양대는 촉매 공정이 필요 없는 탄소나노튜브 생산 기술에 대한 상용화를 위한 기술 교류 △프리원㈜은 탄소나노튜브 관련 기술사업화 활동 등 상호 협력할 예정이다.

현재 탄소나노튜브는 이차전지 분야에 가장 활발히 적용이 되고 있다. 이차전지 안에는 리튬을 저장하는 활물질, 활물질사이의 전기전도성을 향상시키는 도전재, 그리고 활물질을 서로 붙여주는 바인더라는 세 가지 물질이 전극물질로 적용되고 있으며 이들 물질이 약 80%:10%:10% (활물질:도전재:바인더)비율로 적용되고 있다. 이 중 도전재의 경우 지금까지 카본블랙이라는 물질이 활용되었으나, 최근 탄소나노튜브가 도전재로 적용되기 시작하면서 기존 카본블랙보다 적은 양을 넣더라도 전도성이 크게 향상되는 효과를 가져오고 있다.

이에 이차전지 제조업체에서는 탄소나노튜브를 카본블랙 대신 도전재로 사용하고 있으며, 따라서 이를 통해 확보된 비율을 활물질로 채움으로써 더 많은 리튬을 저장하게 함으로써 에너지 밀도를 높이고 있다.

한편, 탄소나노튜브를 제조하기 위해서는 나노사이즈의 Fe, Co, Ni 등의 금속입자를 촉매(씨앗)으로 사용하고 1000도의 고온의 분위기에서 촉매 주변에 탄소를 포함한 가스를 불어넣어 이들 탄소가 촉매에 녹아들어간 후 씨앗에서 줄기가 성장하듯이 성장함으로써 튜브 형태로 만들어지게 된다. 하지만 이렇게 합성된 탄소나노튜브가 배터리에 적용되기 위해서는 탄소나노튜브로부터 이들 촉매를 제거해야 한다. 이를 위해서 고농도의 산처리 또는 할로겐 가스 처리 등을 통하여 제거하는 다양한 기술이 개발되어 있다. 하지만 이러한 처리 과정은 작업자에게 매우 위험할 뿐만 아니라 환경폐액도 다량 발생하고 있으며, 무엇보다 탄소나노튜브 표면에도 손상을 가져오게 된다.

프리원㈜이 촉매정제 공정이 필요 없는 CNT 제조 기술 사업화를 위해 한국해양대로부터 이전받은 기술은 강준 교수팀(기관시스템공학부)이 개발한 CNT 제조 기술로써, 전이금속 촉매가 아닌 특수촉매를 사용해 제조하며 합성 온도도 기존의 800~1100도 공정이 아닌 500~600도의 저온 공정으로 제조된다.

CNT 합성에 사용된 촉매는 700~800도로 가열 시 전부 제거가 가능하며, 제거하지 않고 남아있을 경우 오히려 배터리 효율 개선에 큰 장점을 가져오는 촉매로써 별도의 정제 공정이 필요하지 않은 세계 최초의 전이금속 제로(0)ppm의 CNT 제조 기술이라고 할 수 있다.

또한 프리원㈜은 강준 교수팀과 함께 촉매정제 공정이 필요 없는 CNT 생산을 위해 개발에 필요한 자본 증자 및 대규모의 추가 투자로 이차전지의 도전재로 활용되는 CNT 대량 생산 시스템을 구축할 계획이다. 촉매정제 공정이 필요 없는 CNT는 정제공정을 가지지 않고도 고순도·고품질의 CNT로써 유일한 공정으로 생산되는 고부가가치 CNT이다.

이번 협약을 통해 이차전지 관련 첨단소재기업이 부산지역에서 시작해 첨단기술을 리딩할 수 있도록 기업과 협력하여 지역인재를 육성하면서 제조 중심인 부산지역 산업의 체질 개선에 크게 기여할 것으로 기대된다.

홍성화 한국해양대 산학협력단장은 “프리원㈜이 대학의 우수한 기술을 활용한 성공사례가 될 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라며 “앞으로도 이와 같은 연구소기업의 후속 성장을 지원하기 위한 기반을 강화하겠다”고 말했다.

한편 이날 협약식에는 한국해양대 도덕희 총장·홍성화 산학협력단장·강준 교수, 프리원㈜ 김민강 대표를 비롯해 20여명의 관계자들이 참석했다. 이동윤 기자 dy1234@kookje.co.kr