꿈의 신소재 '그래핀' 대량생산 길 열렸다

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화학연, 엘브스지켐텍에 공정 기술 이전
1g당 2000원 수준 그래핀 1시간 내 생산
기존比 생산시간·가격·품질 경쟁력 우수

정부출연연구기관과 국내 중소기업이 힘을 합쳐 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀을 올해 안에 양산한다.

한국화학연구원(원장 이미혜)은 그래핀 양산에 필요한 공정 기술을 엘브스지켐텍에 이전하고, 올해 연말까지 고품질 대량생산을 목표로 공동 연구 중이라고 19일 밝혔다.

그래핀은 흑연을 한 층만 벗겨낸 것으로 강도와 열 전도성, 전기전도성 등의 성능이 매우 뛰어나지만 고품질 그래핀을 저렴하게 대량생산하기 어려웠다.

이제욱 한국화학연구원 화학공정연구본부 박사팀이 개발한 차세대 전기화학 박리공정 적용한 멀티 전극 시스템.
<이제욱 한국화학연구원 화학공정연구본부 박사팀이 개발한 차세대 전기화학 박리공정 적용한 멀티 전극 시스템.>

이를 해결하기 위해 이제욱 화학연 화학공정연구본부 박사팀은 '차세대 전기화학 박리공정'을 개발하고, 이 공정을 적용한 멀티 전극 시스템을 만들었다.

멀티 전극 시스템은 전해질 용액 수조에 금속 전극, 흑연 전극을 샌드위치처럼 배치한 묶음으로 구성한 장치다.

이 장치로 흑연 전극에 전기를 보내 그래핀을 아주 얇은 층으로 벗겨내고 가루 형태로 추출할 수 있다. 고품질 그래핀을 1시간이면 생산할 수 있다. 이는 세계에서 가장 빠른 수준이다. 그래핀 1g당 가격은 2000원 수준으로 가격 경쟁력도 높다. 기존에 주로 연구용으로만 쓰이던 '화학적 합성 공정'보다 생산시간과 가격, 품질 등 모든 면에서 우수하다.

이제욱 화학연 책임연구원(사진 오른쪽)과 권연주 연구원(왼쪽)이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들어보이는 모습. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다.
<이제욱 화학연 책임연구원(사진 오른쪽)과 권연주 연구원(왼쪽)이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들어보이는 모습. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다.>

이제욱 박사는 “화학적 합성 공정의 경우, 강산 처리로 인해 그래핀 품질이 급격히 떨어지고, 나중에 환원처리 해도 100% 수준으로 회복되지 않는다”고 설명했다.

대량생산 준비도 이뤄지고 있다. 엘브스지켐텍은 안성에 연구소를 설립, 그래핀 양산 준비에 나섰다. 엘브스지켐텍 모회사 엘브스흑연은 국내 흑연광산 채굴권을 확보했다. 올해부터 본격적인 채굴에 들어간다.

대량 생산되는 그래핀은 우선 디스플레이와 스마트폰 등 전자제품의 열을 방출하는 방열부품, 전기자동차 이차전지에 들어가는 도전재와 전극 등에 적용할 예정이다.

박용철 엘브스지켐텍 대표는 “지난 10년 동안 열리지 않았던 그래핀 상용화 문을 내년까지 여는 게 목표”라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com