한국전자기술연구원(KETI)이 그래핀을 액체 상태로 오랫동안 안정적으로 유지할 수 있는 '환원 그래핀 옥사이드(rGO) 수분산 기술'을 개발했다고 17일 밝혔다.
rGO는 그래핀옥사이드(GO)의 산소 성분을 제거해 전기전도성을 극대화한 나노 소재다.
그래핀은 뛰어난 전기전도성과 우수한 유연성, 얇은 두께를 바탕으로 '꿈의 신소재'로 불리는 소재다. 이차전지, 전자소자, 센서, 기능성 코팅 등 다양한 첨단 산업 분야 핵심 소재로 주목받아 왔다.
하지만 물과 섞어 사용하면 그래핀 시트끼리 서로 뭉치는 재적층 및 응집 현상이 발생해 대량으로 농도를 높이거나 장기간 보관하기 어려웠다.
KETI ICT나노융합연구센터 연구진은 수용성 고분자인 '카복시메틸셀룰로오스(CMC)'를 활용한 그래핀 계면 안정화 기술을 개발해 난제를 해결했다. 이를 통해 10㎎/㎖ 이상 고농도 그래핀 수분산액을 구현했다.
개발된 수분산액은 1년이 지난 후에도 변형이나 응집 없이 안정한 분산 상태를 유지했다. 또 농도와 점도를 자유롭게 조절할 수 있어 습식방사는 물론 블레이드 코팅, 스프레이 코팅 등 다양한 용액 기반 제조 공정에 즉시 적용 가능한 공정성을 확보했다.
특히 전기차 배터리 핵심 재료인 리튬이온전지용 실리콘 음극재 표면에 해당 수분산액을 코팅해 시험한 결과, 100회의 충·방전 이후에도 약 69% 용량을 유지하는 우수한 수명 특성을 보였다.
신권우 KETI ICT나노융합연구센터장은 “그래핀을 액체 형태로 오랫동안 안정하게 보관하고 다양한 코팅 소재로 쓸 수 있게 만든 성과로, 차세대 이차전지 등 첨단 산업 그래핀 소재 활용 시점을 크게 앞당길 것”이라고 말했다.
연구 성과는 에너지 소재 분야 국제 저명 학술지인 'ACS Applied Energy Materials'에 게재됐다.
김영호 기자 lloydmind@etnews.com
