화학연, 양산기술 개발해 민간기업에 이전
전기화학 박리공정으로 1시간만에 고품질 그래핀 생산 가능
가격 경쟁력 g당 2000원으로 우수
국내 연구진이 꿈의 소재로 불리는 그래핀을 양산한다. 국내에서 채굴한 흑연으로 산업 현장에 쓰이는 그래핀을 대량 생산하는 것은 이번이 처음이다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 이제욱 화학공정연구본부 박사팀이 '차세대 전기화학 박리공정'을 개발, 이를 적용한 멀티 전극 시스템을 이용해 고품질 그래핀을 1시간 만에 생산하는데 성공했다고 19일 밝혔다. 화학연은 이 기술을 엘브스지켐텍에 이전, 연말까지 고품질 그래핀을 대량 생산할 수 있도록 할 예정이다.
그래핀은 흑연을 한 층만 벗겨낸 것으로 강도와 열 전도성, 전기전도성 등이 뛰어난 차세대 신소재다. 세계적으로 산업용 그래핀 주도권을 차지하기 위한 연구가 이뤄지고 있지만 고품질 그래핀을 저렴한 가격으로 대량 생산하기 어려워 아직 상용화하지 못하고 있다.
이제욱 박사팀은 '차세대 전기화학 박리공정'을 개발하고, 이 공정을 적용한 멀티 전극 시스템을 만들었다.
멀티 전극 시스템은 전류가 흐르는 전해질 용액 수조에 '금속 전극-흑연 전극-금속 전극' 순서로 묶은 한 덩이를 여러 개 담가 놓은 장치다.
이 장치는 흑연 전극에 전기를 흘려 보내 그래핀을 아주 얇은 층으로 벗겨낸다. 이후 벗겨진 그래핀을 장치 하단에 있는 필터로 용액과 분리해 가루 형태로 추출한다.
연구팀은 이 장치로 고품질 그래핀을 1시간이면 생산할 수 있으며, 그래핀 1g당 가격도 2000원으로 비교적 저렴해 가격 경쟁력을 갖췄다고 설명했다. 이어 기존 그래핀 생산기술인 '화학적 합성 공정'과 비교해 생산 시간ㆍ가격ㆍ품질이 우수하다고 강조했다.
화학적 합성 공정은 흑연을 강산(용액에서 완전히 이온화되는 것)으로 처리해 그래핀을 얻는 방식으로 주로 연구용 그래핀 제작에 사용하는 방식이다.
이제욱 박사는 "화학적 합성 공정은 강산 처리로 인해 그래핀 강도와 열 전도성, 전기전도도 등 품질이 떨어지며 환원 처리를 해도 품질을 완전 회복하지 못한다"고 설명했다.
화학연은 엘브스지켐텍과 협력해 대량 생산한 그래핀을 전자제품 방열 부품과 전기자동차 이차전지 등에 적용할 계획이다.
현재 전자제품 방열 부품에 흑연 시트가 주로 쓰이지만 유연성이 떨어져 휘어지는 디스플레이 생산에 한계가 있었다. 하지만 그래핀은 유연성과 가공성이 뛰어나 흑연 시트를 충분히 대체할 수 있을 것으로 보인다.
박철용 엘브스지켐텍 대표는 "값싼 고품질 그래핀을 대량으로 시장에 공급해 지난 10년 동안 열리지 않았던 그래핀 상용화의 문을 2021년까지 여는 것이 목표다"라고 말했다.
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