국내 연구진이 차세대 에너지 저장장치에 응용 가능한 `3차원 다공성 그래핀 나노볼`을 친환경적으로 대량 생산하는 기술을 개발했다. 기존보다 2배 높은 효율을 보여 차세대 전지, 하이브리드 자동차 산업 등에 기여할 전망이다.
장지현 울산과학기술대(UNIST) 친환경에너지공학부 교수 연구팀은 유독한 가스나 화합물 없이 고분자와 금속이온만을 이용해 3차원 다공성 그래핀 나노볼을 친환경적으로 대량 합성하는데 성공했다고 7일 밝혔다. 다공성 그래핀 나노볼은 전기 전도성이 좋은 그래핀을 많은 구멍이 있는 나노 구형 모양으로 제작한 것으로 표면적이 넓어 반응 효율이 좋다.
지금까지 흑연에 강산(Acid)과 산화제를 이용해 그래핀을 제조하는 화학적 방식은 대량생산이 가능하지만 유독하고 그래핀의 우수한 전기전도 재현에 한계가 있었다. 최근 주목받는 화학기상증착기법을 활용한 그래핀 제조방식은 고품질 그래핀을 합성할 수 있지만 대량생산이 어려웠다.
장 교수팀은 반응성이 좋고 우수한 전기전도를 유지하며 분말형태로 만들 수 있는 다공성 그래핀을 만들었다. 구형 고분자 물질 표면에 금속이온을 고르게 도포한 후 화학기상증착기법을 실행했다. 고온에서 고분자 표면의 금속이온이 내부로 침투해 금속으로 바뀌고 울퉁불퉁한 금속구 표면에 그래핀이 자란다. 마지막으로 금속을 제거하면 구멍이 많은 구형 그래핀만 남게된다.
장 교수팀이 개발한 다공성 그래핀 나노볼을 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있는 `슈퍼커패시터` 전극소재로 적용한 결과 기존 대비 2배 성능을 나타냈다. 장시간 사용에도 성능저하가 없었다.
장 교수는 “다공성 그래핀 나노볼은 뛰어난 특성으로 슈퍼캐퍼시터 외 다양한 장치에 활용 가능하다”며 “3차원 그래핀의 친환경적 대용량 제조방법으로 고출력·고효율 에너지 저장 시대를 앞당기는데 기여하게 될 것”이라고 밝혔다.
권동준기자 djkwon@etnews.com
