연구팀이 직접 설계·구축한 유동층 반응기 및 반응라인 개요. (임진형 교수) 다공성 탄소 나노기공 내부에 전도성 고분자를 보다 고르게 도입해 슈퍼커패시터의 빠른 충·방전 성능을 높이는 공정기술이 개발됐다. 한국연구재단은 임진형 국립공주대 교수 연구팀이 증기와 분말 접촉을 제어하는 맞춤형 유동층 반응기를 직접 설계하고, 이를 이용한 동적 증기상 중합(D-VPP) 공정을 개발했다고 4일 밝혔다. 규칙적인 나노기공을 가진 다공성 탄소(OMC)에 전도성 고분자를 결합하면 전도성과 전하저장 능력이 함께 높아진다. 그러나 전도성 고분자가 입자 표면이나 기공 입구에 몰리면 전해질 이온의 이동통로가 좁아져, 빠른 충·방전 시 효과가 떨어진다. 특히 분말이 움직이지 않는 정적 증기상 중합은 단량체 증기의 공급이 제한돼 고분자가 국소적으로 형성되지만, 기존의 연구는 소재·함량에 집중해 증기-분말 접촉 방식의 영향 규명이 부족했다 오션파라다이스온라인 . 연구팀은 단량체 증기를 지속 공급하며 분말을 움직여 반복적인 증기-고체 접촉을 유도하는 유동층 반응기 기반 D-VPP 공정을 제안했다. 직접 구축한 반응기는 3개의 병렬 반응라인과 맞춤형 유동층 반응기로 구성됐다. 질소로 피롤 단량체 증기를 분말층 아래에서 공급하고 기계적 진동을 더해 입자 응집과 국소적인 기체 통로 형성을 완화하도록 설계했다. 공정 효과 확인을 위해 하나의 산화제 담지 탄소 배치를 똑같이 나누고, D-VPP와 정적 VPP 반응 온도와 시간을 같게 유지해 비교했다. 전자현미경, 기체흡착, 열분석과 X선 분석을 종합한 결과 D-VPP 시료는 정적 공정 시료보다 전도성 고분자가 공간적으로 더 고르게 분산돼 나노기공 접근성을 상대적으로 잘 유지했다 빠친코게임 . 충·방전 속도를 높였을 때도 D-VPP 전극은 초기 정전용량의 92.3%를 유지한 반면, 정적 공정 전극은 37.0%에 그쳤다. 전하이동저항도 정적 공정 대비 약 93.1% 감소해 효과적인 활용을 입증했다. 연구팀은 현재의 배치형 D-VPP를 연속 공정으로 발전시키고, 다양한 전도성 고분자와 다공성 소재에 적용할 수 있는 범용 공정으로 확장하는 연구를 이어갈 계획이다. 궁극적으로는 반응기 규모가 커져도 나노기공 접근성과 기능성 고분자의 활용도를 유지할 수 있는 제조기술을 확립하고, 실제 에너지저장 소자에서 그 효과를 검증할 계획이다. 임진형 교수는 “이 기술은 전지 전극, 촉매 지지체, 센서 등 다양한 다공성 소재의 기능화 공정에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 '캐미컬 엔지니어링 저널'에 지난달 27일 온라인 게재됐다. 일 온라인 게재됐다