[경제투데이] 그래핀의 대량생산

꿈의 신소재 ‘그래핀’ 대량생산의 길, 국내 연구진이 개발

기사입력 2013-06-06 13:03

[경제투데이 김태균 기자] 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’을 값싸게 대량 생산할 수 있는 길이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

UNIST 백종범 교수(사진) 연구진은 쇠구슬을 이용해 값싼 천연흑연을 분쇄해 그래핀을 대량 생산할 수 있는 경제적인 공정을 개발했다고 6일 밝혔다. 이 공정은 고가의 귀금속 백금촉매를 대체할 수 있어 연료전지와 금속공기전지 등의 상용화를 앞당길 전망이다.

그래핀은 흑연의 표면층을 한겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 높은 전기전도성과 전하 이동도를 함유해 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불린다.

이번 연구는 UNIST(울산과기대) 친환경에너지공학부 백종범, 박노정 교수 및 캐이스 웨스턴 리저브 대학교 리밍 다이 교수가 주도하고 전인엽, 최현정, 최민 연구원 등이 참여했다. 이번 연구결과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트지 5일자 인터넷 속보에 게재됐다.

현재 연료전지 상용화를 위해 귀금속인 백금촉매를 우수한 산소환원력과 안정성을 갖는 그래핀 촉매로 대체하여 제조단가를 낮추려는 연구가 활발하다.

하지만 그래핀을 대량생산하기 위해 강산이나 부식성 산화제 등으로 흑연을 산화시킨 후 초음파로 분쇄하는 산화환원방식은 유독하며, 섭씨 1000도 이상에서 진행되는 화학증기증착법은 중금속 촉매가 필요해 경제성이 떨어진다는 한계가 있었다.

백종범 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기위해 쇠구슬을 이용해 흑연을 고속분쇄하며 염소 등 할로겐 원소와 반응시켜 가장자리가 할로겐화된 그래핀을 대량생산할 수 있는 공정을 개발했다.

값싼 천연흑연(kg당 7000원 이하)을 이용한 기계화학적 방법으로 기존 복잡하고 유독한 화학물질을 사용하거나 비싼 중금속을 이용하는 생산공정의 단점을 극복했다.

특히 할로겐화된 그래핀을 연료전지에 적용한 결과 촉매활성이 백금과 비슷하고 전기화학적 안정성은 더 뛰어난 것으로 나타났다.

1만회 사용시 백금촉매가 성능이 37.5% 감소한데 반해 활로겐화된 그래핀 촉매의 경우 성능감소가 12.6%에 그쳤다.

백 교수는 “수소연료 전지차 한대에 필요한 백금 촉매 70~90g을 이번에 개발한 그래핀 촉매로 대체할 경우 가공비를 포함해 대당 1000만원 이상의 제조비용을 절감할 수 있을 것”이라고 말했다.

김태균 기자 ksgit@