인공번개로 '꿈의 신소재' 대량생산

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 인공번개의 일종인 아크방전을 통해 꿈의 신소재로 불리는 그래핀을 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원은 기능성복합소재연구센터 김명종, 김남동 박사 연구팀이 아크방전을 통해 기존보다 저장능력이 3배 가량 높은 그래핀 분말을 제조하는데 성공했다고 19일 밝혔다.

인공번개로 그래핀 대량생산

김명종 한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 책임연구원(왼쪽), 김남동 기능성복합소재연구센터 선임연구원

연구팀은 그래핀 산화물과 질소가 포함된 폴리아닐린을 아크방전으로 가열해 고농도 질소가 도핑된 그래핀 분말을 생성했다. 이 그래핀은 전도도와 표면 이온 흡착성이 우수해 기존 탄소전극 대비 전하저장능력이 2~3배 향상됐다.

연구팀은 "단위면적당 충전량은 세계 최고 수준"이라며 "충·방전 특성을 유지하는 동시에 단점으로 꼽혔던 에너지 저장능력의 획기적 향상을 기대할 수 있게 하는 결과"라고 설명했다.

연구팀은 에너지 저장능력이 크게 향상된 그래핀을 통해 '슈퍼커패시터'의 대용량화에 큰 기여를 하게 될 것으로 전망했다. 슈퍼커패시터는 커패시터(콘덴서)의 전기 용량을 중점적으로 강화한 에너지 저장장치다. 이 장치는 순간적으로 고출력의 전기를 낼 수 있어, 전력 수요와 공급을 실시간으로 관리하는 스마트 그리드와 지역별 재생에너지 발전 시스템의 핵심기술로 주목받고 있다.

원전 대체, 친환경 지역 발전 확대 초석

김명종 KIST 책임연구원은 "슈퍼커패시터는 거대 에너지를 생산하는 원자력 발전소 등을 대신할 친환경 지역 발전 시스템 확산의 열쇠"라며 "이번 연구에서 개발된 고성능 그래핀 분말이 에너지 생산 및 저장 시스템의 혁신과 함께 다양한 에너지 소자 개발에도 도움이 되기를 바란다"고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업, 산업통상자원부의 그래핀 소재·부품 기술개발사업을 통해 수행됐다. 연구 결과는 어드밴스드 펑셔널 매터리얼스 최신 호에 게재됐다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr