‘꿈의 신소재’ 그래핀 대량생산 기술 개발

국내 연구진이 꿈의 신소재 그래핀을 값싸게 대량생산할 수 있는 길을 개발했다.

울산과학기술대학교(UNIST) 백종범 교수 연구진은 쇠구슬을 이용해 값싼 천연흑연을 분쇄함으로써 그래핀을 대량생산할 수 있는 경제적인 공정을 개발했다고 6일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질이다. 높은 전기전도성과 전하이동도를 갖고 있어 향후 응용 가능성이 높다.

그동안 그래핀을 대량생산하기 위해 강산이나 부식성 산화제 등으로 흑연을 산화시킨 후 초음파로 분쇄하는 산화환원방식을 사용했으나 매우 유독했다. 또 섭씨 1천도 이상에서 진행되는 화학증기증착법은 중금속 촉매가 필요해 경제성이 떨어진다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 쇠구슬을 이용해 흑연을 고속분쇄하면서 염소 등 할로겐 원소와 반응시켜 가장자리가 할로겐화된 그래핀을 대량생산할 수 있는 공정을 개발했다. kg당 7천원 이하로 값싼 천연흑연을 이용한 기계화학적 방법으로 기존의 복잡하고 유독한 화학물질을 사용하거나 비싼 중금속을 이용하는 단점을 극복했다는 설명이다.

연구진은 이 공정이 고가의 귀금속 백금촉매를 대체할 수 있어 연료전지와 금속공기전지 등의 상용화를 앞당길 것으로 기대했다.

백종범 교수는 “수소연료전지차 1대에 필요한 백금 촉매 70~90g을 연구팀이 개발한 그래핀 촉매로 대체할 경우 가공비를 포함해 대당 1천만원 이상의 제조비용을 절감할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업 및 기초연구실사업(BRL)과 교육부가 추진하는 WCU 사업의 지원으로 수행됐다.

UNIST 친환경에너지공학부 백종범, 박노정 교수 및 캐이스웨스턴리저브 대학교 리밍 다이 교수가 주도했으며 전인엽, 최현정, 최민 연구원 등이 참여했다. 연구결과는 네이처의 자매지 사이언티픽 리포트지 5일자 인터넷에 게재됐다.