여성과학자 웨비나 (Environment / Energy 분야) 개최: 정은혜 (서울대학교) / 송승아 (University of Calgary)

2021 한-캐나다 여성과학자 융합 웨비나가 8월 20일 금요일에 개최되었다. 8월 웨비나에는 서울대학교 정은혜 교수와 University of Calgary의 송승아 박사가 강연자로 참여하였으며 환경과 에너지 분야의 연구자 38명이 참석하였다.

첫 번째 강연자인 정은혜 교수는 “Valuable Metal Recovery from Industrial Wastewater”을 주제로 폐수에 존재하는 유용자원 회수 연구를 공유하였다. 리튬이온전지에 남아 있는 리튬의 회수도 활발히 연구되는 기술 중 하나이며 회수 방법에는 흡탈착법과 용매 추출법, 전기화학적 방법 등이 있다고 설명하였다. 전기화학적 방법은 회수 시간이 짧고, 회수율이 높다는 장점이 있으나 전력 소모가 발생하며, 유기물의 분해가 가능하다는 단점이 있는데 정은혜 교수 연구팀은 침출수에서 리튬을 전기화학적으로 회수하는 방법을 개발하였다고 전하였다. 리튬 회수를 위해 강산(pH=2.1)인 리튬이온배터리 침출수를 전기화학셀의 전해질로 이용하고 lithium mananese oxide (LMO)/carbon black과 activated carbon/PVDF을 전극으로 사용하였다. Cyclic voltammetry를 이용하여 전극을 테스트한 결과 전기화학셀에서 리튬의 이동이 원활히 일어남을 확인하였고 전극에 존재하는 Ni, Co, Mn은 반응하지 않음을 알 수 있었으며 전류밀도와 반응시간을 조절하여 실험한 결과 전류밀도가 높을수록 반응시간이 길수록 리튬의 회수율이 높아지는 것을 확인하였다. Ni, Co, Mn 원소들은 전류밀도가 증가하여도 회수율이 낮아졌다. 또한 희석된 용액의 회수율이 더 높아진다는 사실도 관찰하였다. 리튬이온배터리사이클 10회 충방전 테스트에서 전극의 안정성이 확인되었다.

이어서 송승아 박사는 “3-dimensional Porous Structures and Surface Treatment”를 주제로 탄소폼 관련 연구성과를 설명하였다. 고분자 폼은 건축물, 선박 및 항공기 내장재로 사용되는데, 화재 시 유독성 가스 배출되는 문제가 있다. 페놀류 폼 사용 시 부서지기 쉬워진다는 단점이 있으나 연소되어도 독성 가스 배출이 적다는 장점이 있다. 단시간에 다공성 구조를 지닌 페놀 폼을 형성시키기 위해서 마이크로 웨이브를 사용하였으며 페놀수지에 경화 촉진을 위해 탄소재료 (탄소나노튜브 및 그래핀)를 사용하면 다공성 구조체를 용이하게 얻을 수 있다고 설명하였다. 더하여 고분자 폼의 기계적 강도와 전기적 물성을 향상시키기 위해서 탄소 나노파티클을 사용하면 효과를 얻을 수 있다고 전하였다. 3차원 구조의 응용분야를 확대하기 위하여 open cell 폼이나 탄화(carbonization) 과정을 통해 탄소 폼을 형성시키는 것이 효과적이며 탄소 나노입자 적용 시 강도를 높일 수 있는데, 이 때 비표면적과 반데르발스 힘이 증가하며 전기적 통로를 위해 침투 임계 값 이상의 높은 부하가 요구되고 분산성 향상을 위해 탄소나노튜브를 폴리이미드 내에 분산시키기도 한다. 탄화를 통해 탄소 폼을 형성시키면 열전도와 전기전도도가 높아진다. 탄소 재료는 고유의 안정적인 화학 구조 때문에 다른 재료와의 결합력이 좋지 않은데 이러한 이유로 다른 재료와의 결합력을 높이기 위한 많은 연구가 진행되어고 있으며 대부분의 방법이 결합력을 높이기 위한 처리를 하는 과정에서 결함(defect)을 야기하여 고유의 강도를 낮춘다는 문제점이 있어 강도를 어느 정도 유지하면서 표면특성을 변화시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다고 전하였다. Zinc oxide 나노로드 (nano-rod) 사용 시 수열 합성 법에 비해 균일하게 표면이 개질되는 장점이 있으며 송박사의 연구에서 개발한 zinc oxide 나노로드 표면처리 방법을 이용하면 프로세싱 시간을 95.8% 감소시킬 수 있다고 설명하였다.

▲ 여성과학자 웨비나 Environment / Energy 분야