KAIST, 판형 '맥신' 합성 성공...리튬-황 전지 성능 ↑

기사입력 : 2020년08월25일 13:00

최종수정 : 2020년08월25일 13:00

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 이산화탄소처리로 산화 티타늄 신소재 판형 맥신의 합성 성공했다. 이를 통해 리튬-황 전지 성능을 획기적으로 개선할 수 있을 전망이다.

KAIST 생명화학공학과 이재우 교수 연구팀은 나노 신소재 맥신(MXene)과 이산화탄소와의 반응을 통해 산화 티타늄 나노입자가 고르게 분포된 판형 구조의 맥신을 합성하는데 성공했다고 25일 밝혔다. 맥신은 전자파를 흡수하고 차단하는 신개념 초경량 나노 신소재로, 전자 부품간 전자파 간섭을 고성능으로 차단할 수 있어 전자통신 제품에 활용할 수 있다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 이재우 KAIST 교수. [사진=KAIST] 2020.08.25 swiss2pac@newspim.com

이 교수 연구팀은 수용액 상태에서 표면을 벗겨낸(박리된) 맥신과 이산화탄소와의 반응을 통해 산화 티타늄 나노입자가 맥신 표면에 고르게 분포된 판형 맥신을 합성했다. 연구팀이 개발한 산화 금속이 고르게 분포된 판형 맥신은 단일공정으로 매우 경제적일 뿐만 아니라 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 생명화학공학과 이동규 박사과정생이 제1저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 `ACS 나노 (ACS Nano)' 지난달 30일자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : CO2-Oxidized Ti3C2Tx-MXenes Components for Lithium-Sulfur Batteries: Suppressing the Shuttle Phenomenon through Physical and Chemical Adsorption).

◆ 기존 '맥신', 전기전도 높고 유연성 뛰어나지만 '전지' 활용 어려워

맥신은 전기전도도가 높고 유연성이 뛰어나기 때문에 센서·에너지 저장/전환장치·전자기차 폐수처리 재료 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 신물질이면서 특히 그래핀이나 탄소나노튜브를 대체할 수 있는 차세대 물질로 주목받고 있다.

맥신을 리튬-황 전지의 양극 물질로 활용하기 위해서는 활물질인 황을 수용할 수 있는 공간을 제공해줘야 하고 또한 충‧방전 과정에서 생성된 리튬 폴리설파이드가 전해질에 녹아 음극 쪽으로 이동하여 발생하는 셔틀 현상을 막을 수 있어야 한다.

셔틀 현상은 방전 과정 중 리튬을 말단으로 가지는 황 체인인 중간물질(polysulfides)이 전해질에 녹아 양극과 음극 사이를 확산하면서 전지 내에서 소비되는 것으로서 결과적으로 양극 활물질 손실 및 사이클링 성능 저하를 초래한다.

맥신은 금속 카바이드(탄소와 그 밖의 하나의 원소로 이루어진 화합물) 형태로 다공성(고체가 내부 또는 표면에 작은 빈틈을 많이 가지는 성질)이 거의 존재하지 않고 또 리튬 폴리설파이드와 상호작용이 적은 물질이기에 리튬-황 전지의 소재로 이용하기엔 적합하지 않다.

◆ 연구팀, 이산화탄소 반응시켜 문제 해결

연구팀은 맥신이 포함된 수용액에 초음파를 주입하고, 맥신을 박리시켜 각 단일 맥신 층을 다량으로 제조한 후 충분한 공간을 확보하고 동시에 이산화탄소와 맥신 층을 반응시켜 표면에 리튬 폴리설파이드를 흡착할 수 있는 다량의 산화 티타늄 나노입자를 고르게 합성시켜 문제를 해결했다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = CO2 가스를 이용해 맥신을 산화하고 이를 양극과 분리막에 적용한 모식도. [사진=KAIST] 2020.08.25 swiss2pac@newspim.com

연구팀이 개발한 산화 금속이 고르게 분포된 판형 맥신 제작 기술은 맥신 전구체 종류에 상관없이 적용할 수 있다. 연구팀은 이와 함께 이 기술을 사용하면 길이 50~100 나노미터(nm), 지름 20 나노미터(nm)의 땅콩 모양의 나노입자들이 형성된 판형 맥신을 제조 가능함을 이번 연구를 통해 확인했다.

연구팀 관계자는 "산화 금속 판형 맥신 제조공정은 수용액처리 및 이산화탄소와의 반응으로 이뤄진 단순화된 공정이기 때문에 온도, 반응시간 조절로 다양한 판형 소자 제조 및 비용 절감이 가능하고 리튬-황 전지 성능을 강화하는데 기여할 것ˮ이라고 설명했다.

제1 저자인 이동규 박사과정 학생도 "이산화탄소와의 반응을 통해 제조된 산화 금속 판형 맥신은 리튬-황 전지의 양극뿐 아니라 분리막에 필름 형태로 성형해 셔틀 현상을 이중으로 방지할 수 있는 막을 제조할 수 있다ˮ면서 "균일한 금속산화물 나노입자가 형성된 판형 맥신은 전극 및 다양한 에너지 저장장치 소자에 사용될 것ˮ 이라고 소개했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 Global Research Development Center Program과 Korea CCS R&D Center 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

swiss2pac@newspim.com

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[뉴스핌 설문] 바람직한 정당체제는? [서울=뉴스핌] 김종원 정치부장 = 22대 현역 국회의원 10명 중 6명(60%)은 한국 정당의 가장 바람직한 지도체제와 관련해 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'를 선호하는 것으로 조사됐다. 정치학자 10명 중 5명(49%)도 현역 국회의원과 동일하게 '당대표와 원내대표의 이원적 지도체제'를 가장 바람직한 지도체제라고 답했다. 종합뉴스통신사 뉴스핌은 올해 창간 23주년을 맞아 14회 서울이코노믹 포럼을 오는 4월 9일 서울 여의도 페어몬트호텔 그랜드볼룸에서 열면서 한국정치학회(회장 윤종빈)와 공동 기획으로 국회의원·정치학자를 대상으로 정치개혁 인식 심층 설문조사를 실시했다. ◆현역 국회의원 50명·정치학자 100명 심층 설문 올해 6·3 지방선거를 50여 일 앞둔 상황에서 뉴스핌과 한국정치학회 공동기획 설문조사 결과는 적지 않은 시사점을 준다. '정치 정쟁에서 실용으로 대전환'이라는 대주제 속에 실시된 이번 설문조사는 현재 한국의 정치개혁이 '정당의 민주주의, 당내 민주주의'가 선결되지 않고서는 실질적인 정치개혁을 이룰 수 없다는 문제 인식 속에서 진행됐다. 현역 국회의원 50명과 정치학자 100명을 대상으로 지난 2월 25일부터 3월 25일까지 한 달 간 ▲정당 민주주의 ▲정치신뢰 ▲정치제도 ▲국회 입법 생산성 분야로 나눠 심층적인 설문조사를 진행했다. 특히 6·3 지방선거를 앞두고 한국의 정당들이 크고 작은 공천 잡음과 난맥상을 보이는 가운데 이번 정치개혁 인식 설문조사 결과가 한국 정치의 현주소를 진단하고 나아갈 방향성을 제시하고 있다. ◆한국 정당 민주주의 선결돼야 실질적인 정치개혁 가능해 무엇보다 한국 정당의 당내 민주주의 수준이 낮은 편이라고 답한 현역 국회의원 중 '당내 민주주의를 가장 저해하는 요인'으로 61.9%가 '후보자 공천 과정의 중앙집중적 운영'이라고 가장 많이 답했다. '당대표에 권한이 집중된 정당 구조' 47.6%, '당론 결정 과정의 중앙집중적 운영' 47.6%, '특정 계파 또는 정치세력 중심의 정당 운영' 47.6%로 비슷하게 뒤를 이었다. 7개 예시 중 최대 3개까지 선택할 수 있는 이번 조사에서 '공천의 중앙집중'이 정당 민주주의 저해 1순위임을 확인할 수 있었다. 현역 국회의원들은 가장 바람직한 공천 방식과 관련해 '완전 국민경선제'(오픈 프라이머리)를 40%로 가장 선호했다. '당원 중심 상향식 공천'(34%)도 비교적 높은 응답률을 보였다. '독립적인 공천기구 설치'(12%)가 대안으로 선택됐다. 현행 공천 관행이 폐쇄적이고 중앙집중적이라고 의원들은 봤다. ◆현역 의원 70% '현행 정당 지도체제 제도적 변화 필요' 특히 현역 의원들은 '현행 정당의 지도체제에 대한 제도적 변화가 필요하다'는데 무려 70%('그런 편이다' 60%+'매우 그렇다' 10%)가 답했다. '향후 한국 정당의 가장 바람직한 지도체제'에 대해서는 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'가 60%로 압도적으로 높았다. 이번 설문조사의 책임연구원인 윤종빈 한국정치학회장(명지대 정외과 교수)은 "당 운영과 원내 운영을 분리해 각각의 역할과 책임을 명확히 하는 것이 필요하다는 국회의원들의 문제의식이 반영된 것으로 보인다"고 분석했다. 윤 회장은 "당대표는 당 전체의 비전과 조직관리, 원내대표는 국회 협상과 입법, 의원단 관리에 초점을 맞춤으로써 책임성과 효율성을 높일 수 있다고 판단하는 것"이라고 설명했다. 현역 의원들은 당대표와 원내대표의 이원화 체계를 확립해야 한다는 의견이 압도적으로 높았다. 원내대표의 권한을 강화하고 원내정당 체제와 상임위원회 체제로 전환해야 한다는 것을 시사한다. 윤 회장은 "균형 있는 지도부 수립을 위한 원내 정책 정당화가 필요하다는 인식의 공감대가 어느 정도 이뤄지고 있는 것으로 보인다"면서 "당대표 중심 체제의 대안으로 당대표-원내대표 권한 분산과 원내 정당화에 대한 공감대가 형성돼 있다는 것을 확인할 수 있다"고 진단했다. ◆정치학자 '공천 과정 중앙집중' 정당 민주주의 약화 핵심 정치학자 100명을 대상으로 한 '가장 바람직한 한국 정당의 지도체제'에서도 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'를 49%로 가장 선호했다. '당대표를 폐지하고 원내대표 중심으로 운영되는 원내 정당체제' 20%, '중앙당을 축소하거나 폐지하고 국회의원 중심으로 운영되는 분권형 정당체제' 20%로 비슷했다. 다만 '현행 당대표 중심체제' 존속에 대한 선호도는 9%에 불과했다. 일각에서 제기돼 온 '집단지도체제'는 1%로 미미했다. 한국의 당내 민주주의 수준이 낮은 편이라고 답한 정치학자들의 10명 중 8명인 81%가 '당내 민주주의 발전을 가장 저해하는 요인'에 대해 '후보자 공천 과정의 중앙집중적 운영'이라고 답했다. '특정 계파 또는 정치 세력 중심의 정당 운영' 55.7%, '당론 결정 과정의 중앙집중적 운영' 49.4%, '당대표에 권한이 집중된 정당 구조' 48.1% 순이었다. 정치학자들도 현역 국회의원들과 마찬가지로 '공천의 중앙집중'이 정당 민주주의를 약화하는 핵심 요인으로 봤다. ◆6·3 지선 정국 속 공천 방식 '완전국민경선' '상향식' 선호 '가장 바람직한 공천 방식'으로는 '당원 중심의 상향식 공천' 35%, '완전 국민경선제'(오픈 프라이머리) 31%, '독립적인 공천기구 설치' 27%로 다소 비슷했다. 현역 국회의원들이 '완전 국민경선제' 40%, '당원 중심 상향식 공천' 34%, '독립적인 공천기구 설치' 12%인 것과는 다소 차이를 보였다. 윤 회장은 "당원 중심 상향식 공천과 오픈 프라이머리는 공천의 민주성을 강조하는 공통점이 있다"면서 "독립적 공천기구 설치는 공천 과정의 공정성에 조금 더 무게를 두고 있는 것으로 판단된다"고 설명했다. 윤 회장은 "정치학자들은 어떤 공천 방식이든 공천 과정의 투명성과 신뢰성 확보가 우선돼야 한다는 것을 시사한다"고 진단했다. ◆정치학자 79% '당내 민주주의 수준 낮다', 60% '당대표 권력 집중' 특히 정치학자의 무려 76%('매우 그렇다' 14%+'그런 편이다' 62%)가 '현행 한국 정당의 지도체제에 제도적 변화가 필요하다'고 압도적으로 높은 의견을 보였다. 대다수 정치학자들은 현재 당 지도체제가 당내 갈등을 조정하고 다양한 의견을 수렴하는 데 효과적이지 못하다고 평가했다. 당대표에 권한이 집중된 구조를 개혁해야 한다는 의견이 압도적으로 높았다. 특히 공천 과정에서 당대표의 영향력을 축소해야 한다는 목소리가 컸다. 정치학자들은 '현재 한국 정당은 당대표에게 권력이 지나치게 집중돼 있다'는 것에 대해 60%('매우 동의한다' 8%+'동의한다' 52%)가 동의했다. '한국 정당의 당내 민주주의 수준'에 대해서도 무려 79%('매우 낮다' 22%+'낮은 편이다' 57%)로 10명 중 8명 가까이가 낮다고 평가했다. 당내 민주주의 수준이 높다는 응답은 3%에 그쳤다. 정당 민주주의 취약성과 수직적 당 운영 구조의 위기를 그대로 보여준다. 윤 회장은 "정당 의사결정 과정에서 당대표와 중앙당 지도부가 가장 큰 영향력을 행사한다는 점과 당대표에게 권력이 지나치게 집중돼 있다는 점에 현역 의원과 정치학자 집단 간에 큰 이견이 없는 것으로 확인됐다"고 말했다. 윤 회장은 "두 집단 모두 정당 내 민주주의 수준에 대한 부정적인 평가가 우세했다"면서 "정당 지도체제에 대한 제도적 변화가 필요하다는 데 의견이 일치했고 바람직한 지도체제로 '당대표와 원내대표의 권한 분담을 통한 이원화 체제'를 가장 선호한 것으로 확인됐다"고 진단했다. ◆뉴스핌, 한국 언론 첫 '4당 원내대표' 정책 토론장 마련 뉴스핌은 한국정치학회와 공동으로 기획한 이번 설문조사 결과를 토대로 포럼 당일인 9일 오전 11시부터 한국 정치의 개혁을 위한 실질적인 해법을 모색하는 정책토론의 장을 마련한다. 윤 회장 사회로 집권 여당인 더불어민주당 한병도 원내대표와 김영배 의원, 제1야당인 국민의힘 송언석 원내대표와 최형두 의원, 조국혁신당 서왕진 원내대표, 개혁신당 천하람 원내대표가 한국 언론 사상 처음으로 4당 원내대표와 의원들이 참석하는 정책토론이 진행된다. 입법 당사자인 4당 원내대표와 의원들이 직접 정책토론에 나와 실질적인 정치개혁 입장을 밝힌다는 것은 그 의미가 적지 않다. 이번 토론은 뉴스핌TV 유튜브 방송으로도 실시간 라이브 중계된다. 이번 설문조사의 공동연구원으로는 한의석 성신여대 정외과 교수, 최현진 경희대 정외과 교수, 윤성원 한양대 정외과 조교수, 임희수 연세대 정치학과 BK21 박사 후 연구원이 참여했다. 뉴스핌은 설문조사 결과를 이번 포럼 토론 이후에도 뉴스핌TV '이슈터미네이터' '정국진단' 프로그램을 통해 정치개혁 차원에서 실질적 해법을 강구하는 정책 공론화의 장을 마련해 나간다. kjw8619@newspim.com 2026-04-08 12:00