2022년 2월 러시아가 우크라이나를 전격 침공해 시작된 전쟁이 3년 이상 지속되고 있다. 양측의 피해가 막심한 상황이지만 종전 가능성은 낮다. 러시아는 우크라이나가 북대서양조약기구(NATO)에 가입하는 것을 저지하겠다는 명분을 내세웠다.전쟁이 격화되면서 공중 및 해상 드론(Drone), 미사일 방어망(MD), 사이버전(cyber warfare) 등 최첨단 기술이 총동원되고 있다. 미국과 유럽연합(EU)가 우크라이나에 무기를 공급하며 세계 3위 군사대국인 러시아를 압박하는 형국이 벌어지고 있다.추운 겨울과 열악한 기후 환경으로부터 군인을 보호하기 위한 필수 물자 중 하나가 군복이다. 초고성능 탄소나노튜브(CNT) 기반 탄소섬유는 초강력 섬유로 효용성이 높다.◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.이번에 소개할 기술은 KIST의 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 구본철 책임연구원 (cnt@kist.re.kr)이 수행한 '초고성능 탄소나노튜브 기반 탄소섬유'다.◇ 연구 목표 및 배경... 미래 모빌리티 및 우주·항공·국방 적용 가능한 고강도·고탄성·고전도성 탄소섬유 개발탄소나노튜브(CNT)는 '원기둥 모양의 나노구조를 지니는 탄소의 동소체'로 1991년 일본 NEC 연구소에서 처음 발견됐다. 기존 소재를 뛰어넘는 우수한 전도성과 분산성을 갖고 있다.철강보다 100배

미국의 라이스대학(Rice University)에 따르면 탄소 나노 튜브 필름을 이용해 일반적인 고전력, 급속 충전 리튬 금속배터리의 문제점을 해결했다. 리튬 금속배터리는 리튬 이온배터리의 대체품으로 사용되고 있다.리튬 금속배터리는 훨씬 더 빨리 충전되며 휴대 전화 및 전기자동차를 포함해 거의 모든 전자장치에서 발견되는 리튬 이온 전극보다 약 10배 많은 에너지를 보유하는 것으로 알려져 있다.그러나 시간이 지남에 따라 촉수 같은 수상돌기가(dendrite) 배터리의 전해질 코어를 관통 후 캐소드(Cathode)에 도달해 배터리의 고장을 야기할 수 있다는 문제점을 갖고 있었다. 이러한 문제점으로 인해 상업용 응용 분야에서 리튬 금속의 사용이 자제되어 왔었다.연구팀은 얇은 나노 튜브 필름이 배터리의 비보호된 리튬 금속 애노드로부터 자연적으로 자라는 수상돌기를 효과적으로 차단할 수 있다는 것을 발견했다.다중벽 탄소 나노 튜브 필름으로 리튬 금속 포일을 코팅하고, 리튬은 검은색에서 빨간색으로 바뀌는 나노 튜브 막을 도핑해 차례로 리튬 이온을 확산시킨다.배터리가 사용 중일 때, 탄소 나노 튜브 필름은 저장된 이온을 방출하고 밑에 있는 리튬 양극이 그것을 다시 채워 수상돌기의 성장(dendrite growth)을 막을 수 있는 필름의 기능을 유지하게 된다.연구팀은 전체 리튬 금속전지가 전기화학시스템 내에서 전자가 얼마나 잘 움직이는지의 측정인 쿨롱 효율을 측정한 결과 99.8 %를 유지하는 것으로 확인했다. ▲ US-RiceUniversity-CarbonNanotube-homepage▲라이스대학의 연구원인 James Tour, Gladys López-Silva, Rodrigo Salvatierra(출처 : 홈페이지)

일본 화학업체인 도다공업(戸田工業)은 2016년 가볍고 전도성이 높은 탄소 나노튜브(CNT)의 실증시설을 1억엔 투자해 완공했다. 생산능력 월 500킬로그램으로 분말이나 용액에 분산시킨 액체를 리튬이온전지 업체에 공급할 예정이다.