차세대 에너지 저장장치에 응용할 수 있는 '3차원 다공성 ‘그래 핀 나노 볼'을 친환경적으로 생산하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되면서 앞으로 차세대 전지, 하이브리드 자동차 등의 개발에 크게 기여할 것으로 전망된다.
미래창조과학부는 울산과학기술대학교(UNIST) 친환경에너지공학부 장 지현 교수 연구팀(제1저자 이 정수·김 선이 박사과정 연구원)이 최근 유독 가스나 화합물 없이 고분자와 금속이온만을 이용한 제조기술로 3차원 다공성 ’그래 핀 나노 볼‘을 친환경적으로 대량 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.
이번에 정 교수 연구팀이 개발한 그래 핀은 흑연의 여러 층이 쌓여있는 구조에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것으로, 구리보다 전기전도성이 100배 뛰어나고 철보다 강도가 200배 강해 '꿈의 소재'로 불리는 물질이다. 그러나 단점은 현 기술로는 생산과정에 유독가스나 유해 화합물을 사용해야 하고 친환경적으로는 대량 생산이 어렵다는 것이다.
국내 연구진은 이 같은 유해 물질 대신 화학구형의 고분자 물질 표면에 금속이온을 고르게 도포한 후 고온의 가스를 반응시키는 화학기상증착기법을 활용했다. 그러면 고온에서 고분자 표면의 금속이온들이 고분자 내부로도 침투해 금속으로 바뀌고 울퉁불퉁한 금속구의 표면에서 그래 핀이 자란다. 마지막으로 금속을 제거하면 내부에 구멍이 있는 구형의 그래 핀만 남게 된다.이렇게 생산한 다공성 그래 핀은 표면적이 넓어 반응성이 우수하다.
게다가 기존의 2차원이 아닌 3차원 구조여서 분말 상태로 제조가 가능해 상업적 활용도가 높은 것으로 알려졌다.특히 차세대 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터의 전극소재로서 최적이라는 게 연구팀의 설명이다.
울산 과기대 장 지현 교수는 "다공성 그래 핀 나노 볼은 뛰어난 특성으로 슈퍼커패시터 외에 다양한 장치에 활용 가능하다"며 "3차원 그래 핀의 친환경적 대용량 제조방법으로 고출력·고효율 에너지 저장시대를 앞당길 수 있을 것"으로 전망 했다.
앞서 미래부의 지원을 받아 수행된 이 연구결과는 미국화학회가 발행하는 나노분야 학술지 ACS Nano에도 게재된바 있다..
