단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 금속성과 반도체성이 혼합되어 있어, 고순도 반도체성 SWNT를 대량으로 분리하는 것이 상용화에 중요한 과제입니다. 기존 팁 소니케이션 방식은 용매 손실, 오염, 높은 비용 및 대량 처리에 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 배쓰 소니케이션을 활용한 반도체성 탄소나노튜브의 선택적 분리 방법을 제안합니다. 티오펜 고리 및 탄화수소 측쇄를 포함하는 폴리티오펜 유도체(P3DDT)를 분산제로 사용하여 SWNT와 결합시킵니다. 이때 금속성 SWNT는 응집 및 침전되고, 반도체성 SWNT는 용매에 분산된 상태를 유지하게 됩니다. 배쓰 소니케이션은 기존 방식 대비 분산액의 안정도를 높이고, 용매 손실 및 오염을 줄이며, 온도 조절이 용이하고, 저비용으로 대량 분리가 가능합니다. 이를 통해 반도체성 탄소나노튜브의 순도를 75% 이상으로 높여 트랜지스터, 센서, 태양전지 등 다양한 고성능 전자 소자의 상용화를 앞당길 수 있습니다.

기존 탄소나노튜브 분리 기술은 반도체성 또는 금속성 중 한 종류의 순도를 높이면 다른 종류의 순도가 저하되는 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하고자 다중 컬럼 크로마토그래피를 활용하며, 반도체성 및 금속성 탄소나노튜브가 겔과 계면활성제에 흡착하는 정도의 차이를 이용합니다. 초기에는 높은 농도의 계면활성제로 반도체성 탄소나노튜브를 분리한 후, 계면활성제 농도를 낮춰 금속성 탄소나노튜브를 분리합니다. 이를 통해 두 종류의 탄소나노튜브를 모두 높은 순도로 얻을 수 있습니다. 이 방법은 경제적이고 대량 공정에 적용 가능하여 차세대 전자소재, 전극, 이차전지 등 다양한 분야의 핵심 재료 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

기존 수소 생산 방식은 복잡하거나 부산물 관리의 어려움으로 수소연료전지차에 적용하기 어려웠습니다. 본 기술은 바이오매스와 수산화물을 활용한 가스화 반응을 통해 수소를 생산하며, 애쉬 형태의 부산물을 효율적으로 필터링하는 시스템을 제안합니다. 특히, 부산물 보관부와 필터 세척 기능을 통해 반응 환경을 일정하게 유지하고 연속적인 수소 생산이 가능합니다. 이 시스템은 연료전지에서 생성된 물을 재활용하고, 바이오매스 혼합 및 반응 온도 제어 기능을 갖춰 수소연료전지자동차에 최적화된 안정적이고 효율적인 수소 공급 솔루션을 제공합니다.

화석연료 기반 수소 생산의 온실가스 배출 문제를 해결하고 바이오매스 수소 생산의 효율을 높이기 위한 기술입니다. 본 기술은 바이오매스 간 강한 수소결합으로 인해 알칼리 이온과 접촉이 어려웠던 문제점을 해결하기 위해 이온성 액체를 활용한 전처리 단계를 도입합니다. 염화이온을 포함하는 이온성 액체를 사용하여 바이오매스를 전처리하면 수소결합이 약화되어 알칼리열처리 기반 열화학 반응 효율을 극대화할 수 있습니다. 이를 통해 수소 생산량은 약 14% 증가하고 수소 순도 또한 향상되어 고순도 친환경 수소 생산이 가능합니다.