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꿈의 소재 '그래핀'국내서 첫 대량생산 나선다

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꿈의 소재 '그래핀'국내서 첫 대량생산 나선다

2020.05.19 14:46
이제욱 한국화학연구원 책임연구원(오른쪽)과 권연주 연구원이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들고 포즈를 취했다. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다. 한국화학연구원 제공
이제욱 한국화학연구원 책임연구원(오른쪽)과 권연주 연구원이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들고 포즈를 취했다. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다. 한국화학연구원 제공

국내 연구기관이 개발한 신소재 ‘그래핀’ 제조기술을 국내 중소기업이 기술이전 받아 대량생산을 위한 시스템 구축을 시작했다. 올해 말부터 국내 흑연광산에서 채굴한 고품질 흑연으로 그래핀을 대량생산할 수 있을 것으로 기대된다.


한국화학연구원은 이제욱 화학공정연구본부 책임연구원과 권연주 연구원팀이 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 개발해 ‘멀티전극시스템’이라는 그래핀 제조 공정에 적용하고, 이를 국내 기업 ‘엘브스지켐텍’에 기술이전했다고 19일 밝혔다. 


그래핀은 탄소 덩어리인 흑연을 원자 한 층 두께로 매우 얇게 벗겨낸 소재다. 강하면서 열과 전기를 잘 전달하고 휘어지기도 해 각종 전자기기 등에 널리 활용될 것으로 기대를 모으고 있다. 하지만 대량생산이 어려워 상용화가 더뎠다.


연구팀은 금속 전극과 흑연 전극, 금속 전극을 차례로 마치 샌드위치처럼 배치해 묶은 뒤 이를 전해질 용액이 담긴 수조에 담가 멀티전극시스템을 완성했다. 이 장치의 흑연 전극에 전기를 흘려보내면 그래핀이 아주 얇은 층으로 벗겨지는데, 벗겨진 그래핀을 장치 하단의 필터로 분리해 가루 형태로 추출하면 그래핀을 얻을 수 있다. 화학연은 “고품질 그래핀을 1시간 만에 생산할 수 있다”며 “세계에서 가장 빠른 속도”라고 밝혔다. 그래핀 1g을 생산하는 데 드는 비용도 2000원으로 저렴하다.


이 책임연구원은 “기존 방식인 화학적 합성 공정은 흑연을 강산으로 처리하는데, 그래핀 강도와 열 전도성, 전기 전도도 등 품질이 떨어지고 나중에 환원처리를 해도 품질이 100% 회복되지 않는 단점이 있다”며 “이번에 개발한 공정은 생산시간과 가격, 품질 등 모든 면에서 화학적 합성 공정보다 우수하다”고 말했다.

 

이제욱 한국화학연구원 화학공정연구본부 책임연구원팀이 개발한 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 적용한 멀티 전극 시스템의 원리를 그린 그림이다. 한국화학연구원 제공
이제욱 한국화학연구원 화학공정연구본부 책임연구원팀이 개발한 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 적용한 멀티 전극 시스템의 원리를 그린 그림이다. 한국화학연구원 제공

화학연은 이 기술을 국내기업 엘브스지켐텍에 이전해 올해 말부터 고품질의 그래핀을 대량생산한다는 목표로 공동연구를 하고 있다. 특히 엘브스지켐텍의 모회사인 엘브스흑연은 국내 흑연광산의 채굴권을 확보하고 있어 고품질의 흑연을 저렴하게 대량 공급해 그래핀 생산에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.


화학연과 엘브스지켐텍은 대량생산하는 그래핀을 디스플레이와 스마트폰 등 전자제품의 방열부품과 이차전지의 도전재, 전극 등에 활용할 예정이다. 박철용 엘브스지켐텍 대표는 “값싼 고품질 그래핀을 대량으로 시장에 공급해 10년간 열리지 않던 그래핀 상용화의 문을 2021년 열 것”이라고 말했다.
 

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