화학뉴스

KIST(한국과학기술연구원)가 뾰족한 표면의 구겨진 공 모양을 한 그래핀(Graphene) 분말을 대량으로 저렴하게 합성하는 방법을 개발했다.
KIST 광전하이브리드연구센터의 손정곤·이상수 박사팀은 고밀도 에너지 저장을 위한 산화철 식각공정으로 성게 모양의 3차원 그래핀 공 입자를 제작했다고 5월18일 발표했다.
그래핀 소재는 전기 전도도가 우수하고 기계적 내구성이 높아 슈퍼축전기 전극의 이상적인 소재로 알려졌으나 판 모양의 그래핀은 전지 제조공정에서 판 사이의 강한 인력 때문에 다층구조로 쌓이거나 빈틈없이 뭉치며 이온 접근면적이 줄어 전지 성능이 떨어졌다.         
연구진은 적층 문제를 해결하기 위해 그래핀의 틈을 넓혀 다양한 3차원 형상의 그래핀 구조로 전지를 구현했지만 빈 공간이 커져 부피당 그래핀 양이 줄어 전기용량이 낮아지고 에너지 손실이 발생했다.
이에 따라 산화 그래핀 용액을 산화철 입자에 코팅해 산화철의 식각공정과 산화 그래핀의 환원 공정을 동시에 진행하는 작업을 거쳐 치밀하게 구겨진 성게 모양의 공 구조 그래핀을 제조하는데 성공했다.
산화철 식각공정을 거친 그래핀 공은 비표면적과 전기전도도가 높아 전극으로 제작했을 때 무게당 전기의 저장용량이 400F/g에 달하며 재료 본래의 구조로 만들어졌기 때문에 외부의 강한 압력에도 형상과 물성을 유지하는 장점이 있다.
실제 그래핀 공은 재료 특성의 변화 없이 부피당 저장용량이 330F/cm3 까지 증가했으며 기존 그래핀 기반 전자 소자에 비해 3-4배 이상 성능이 향상된 것으로 알려졌다.
특히, KIST는 해당 공정이 저렴한 산화철 입자를 녹여내는 간단한 방법이기 때문에 저가로 대량생산이 가능하다고 강조했다.
KIST 손정곤·이상수 박사는 “성게 모양의 그래핀 공은 대량·저가 생산이 가능하고 성능이 뛰어나 차세대 고성능·고압축 전지 개발을 위한 획기적인 솔루션이 될 것”이라고 기대했다.