꿈의 신소재 그래핀, 대량생산 공정 기술 개발

꿈의 신소재 그래핀, 대량생산 공정 기술 개발

UNIST 백종범 교수팀, 볼밀링법 이용한 그래핀 생산기술 개발

연료전지에 사용되는 고가의 백금촉매 대체 가능

 

 

UNIST백종범 교수(앞 줄 가운데)팀은 볼밀링법을 이용한 그래핀 대량생산 공정 기술을 개발했다. © News1

(대전=뉴스1) 박지선 기자= 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 대량생산 공정 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼, 연료전지에 사용되는 고가의 백금촉매를 대체할 수 있게 됐다.

12일 교과부와 한국연구재단은 쇠구슬을 이용, 흑연을 고속 분쇄해 그래핀을 친환경적으로 대량생산할 수 있는 공정이 개발됐다고 밝혔다.

이번 연구는 UNIST 백종범 교수가 주도하고 전인엽, 최현정 박사과정생 등이 참여했다.

특히 이번 기술은 유해물질 배출이 거의 없어 차세대 동력원으로 꼽히는 ‘연료전지’와 공기 중의 산소를 이용해 전기를 생산하는 ‘금속공기전지’ 등의 개발에 기여할 것으로 기대된다.

연료전지에 사용되는 백금촉매의 경우 효율은 높지만 시간이 지나면 불순물에 의해 활성이 저하될 수 있고 매장량이 한정돼 있다.

따라서 철․니켈․구리 등 값싼 금속으로 이를 대체하려는 시도가 있었지만 촉매활성이 낮다는 한계가 있었다.

반면 그래핀의 경우 넓은 표면을 활성을 띄는 원소들로 코팅할 수 있어 촉매활성이 뛰어나고 안정성도 높아 대량생산을 위한 연구가 주목 받아왔다.

연구팀은 이번에 비교적 간단한 기계화학적인 방법으로 활성화된 그래핀(EFGnPs, Edge-selectively functionalized graphene nanoplates)이 만들어지는 공정을 개발해냈다.

기존의 복잡하고 유독한 산화환원방식과는 달리 쇠구슬로 흑연을 고속 분쇄, 흑연이 주위물질과 반응하면서 수소 등이 가장자리에 부착돼 그래핀을 얻는 볼밀링법(ball-milling)을 이용한 것.

활성화된 그래핀을 연구전지에 적용해 산소환원력은 백금과 비슷하고 안정성은 훨씬 뛰어난 것(백금: 12% 성능감소 EFGnPs 0.7% 성능감소)도 확인했다.

또 가장자리가 선택적으로 기능화된 그래핀을 산소환원전극 재료로 사용할 경우, 연료전지셀 비용을 크게 절감(백금: 1억원/Kg, EFGnPs: 1만원/Kg) 할 수 있을 것으로 내다봤다.

백 교수는 “다양한 기능기를 가진 그래핀을 값싸게 대량생산할 수 있게 돼 연료전지의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다”며 “수소연료전지차 한 대당 필요한 백금 촉매 70~90g을 이번에 개발한 그래핀 촉매로 대체할 경우, 가공비를 포함해 대당 1000만원 이상의 제조원가를 절감할 것으로 예상된다”고 말했다.