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그래핀을 이용한 전기화학에너지의 저장

전문가 제언: ○ 2차원 구조를 가지고 있는 그래핀은 3차원 물질에 비하여 질량 대비 엄청나게 큰 표면적을 가지고 있는 관계로 전하 및 이온을 저장할 수 있는 능력이 뛰어나 전기화학에너지 저장기기 재료 물질로 크게 부각되고 있다. 흑연으로 구성된 Li-이온 배터리의 애노드를 그래핀으로 대체할 경우 에너지 저장 능력이 배 이상 증가함이 확인되었으며, 기타 Li-공기 배터리, 전기화학 축전기 등 연구되고 있는 장치들에서도 그래핀이 에너지 저장밀도를 크게 향상시키는 것으로 확인되었다.

○ 최근 그래핀을 응용하는 연구와 그래핀을 대량으로 합성하는 기술에 대한 연구가 전 세계적으로 치열하게 이루어지고 있다. 우리나라는 현재 삼성전자, 성균관 대학교 등을 중심으로 이 분야의 연구를 선도하고 있다. 그래핀 관련 국내 출원은 현재 총 4,255건(2014년 10월 20일 특허청 보도자료)으로 미국 3,559건, 일본 1,583건을 제치고 1위를 차지하고 있으나 최근 중국의 성장세가 두드러지게 나타나고 있어 관심을 끌고 있다.

○ 본 논문에서는 그래핀의 에너지 저장매체로서의 가능성과 문제점을 집중 조명하였다. 본 논문에서 지적된 대로 상용화를 가로막고 있는 가장 큰 장벽은 생산되는 그래핀의 특성을 원하는 대로 조절할 수 있는 나노 엔지니어링 기술의 부재이다. 이러한 문제 때문에 우리나라는 연구력의 우위에도 불구하고 그래핀을 대량으로 생산해 내지 못하고 있다. 현재 그래핀을 상용으로 공급하는 회사들은 대부분 미국과 유럽의 회사들로 국내업체 가운데 그래핀 원소재의 양산에 성공한 업체는 없다.

○ 정부도 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 그래핀 핵심 기술 확보와 상용화를 내용으로 한 ‘그래핀 사업화 촉진기술 로드맵(안)’을 제시했다(2015년 2월 2일 미창부 발표). 동 로드맵(안)은 그래핀 소재 및 응용제품 조기 상용화를 목표로 3대 전략 3대 과제(11개 세부과제)를 제시하였다. 앞으로 학계와 산업계가 힘을 합하여 원하는 특성을 가진 그래핀 원소재의 양산에 성공할 경우 우리나라가 차세대 에너지 저장경쟁에서 크게 도약할 것으로 기대된다.

저자: Rinaldo Raccichini et al.
자료유형: 학술정보