'꿈의 신소재'로 대용량 배터리 만든다

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지질硏, 칼륨·나트륨 이온전지에 '그래핀' 적용
리튬이온전지 대체 땐 경제효과 수십조원 기대

'꿈의 신소재'라 불리는 그래핀을 칼륨과 나트륨 이온전지용 소재로 적용한 응용기술이 세계 최초로 개발됐다.

한국지질자원연구원(원장 김복철)은 장희동 박사 연구팀과 이승우 미국 조지아공대 교수팀이 구겨진 종이공 모양의 그래핀 산화물에 부분 환원, 저온 열처리 활성화 과정을 가해 칼륨·나트륨 이온전지용 소재에 적용하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 구조·화학적으로 안정된 구겨진 종이공 형상의 그래핀 결정 구조를 조절하고 활성화해 칼륨 및 나트륨 이온전지에 적용했다. 활성 그래핀을 사용한 이온전지는 높은 저장 용량, 고속 충·방전 및 장시간 안정성 등 우수한 물성을 나타냈다.

활성화된 구겨진 형상의 그래핀(A-CG) 합성과정 모식도
<활성화된 구겨진 형상의 그래핀(A-CG) 합성과정 모식도>

연구팀은 제조된 활성 그래핀의 전기화학 특성 평가 후 밀도함수 이론 분석을 수행했다. 그 결과 적용된 기술이 칼륨 및 나트륨 이온전지로 모두 매우 우수한 물성을 나타내고 있음을 확인했다. 재적층이 발생하지 않는 구겨진 종이공 형상 물성이 좋은 활성 그래핀을 제조해 기존 연구의 한계점을 극복했다.

연구팀은 이번 연구 결과가 기술 실용화와 상용화로 이어질 경우 기존 리튬이온 저장 장치를 대체해 수십조원 이상 경제 효과가 창출될 것으로 기대하고 있다.

김복철 원장은 “이번 연구는 그동안 광물자원 활용 분야 그래핀 복합체 제조기술 연구 결정체로 향후 에너지저장장치에 바로 적용될 수 있는 우수한 연구성과”라며 “국가와 국민이 유용하게 활용할 수 있는 연구성과 창출을 위해 모든 연구자가 노력하겠다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com