최근에는 '화학기상증착기법'을 활용한 그래핀 제조 방식이 주목을 받고 있다. 이 방식은 우수한 전도도 등 고품질의 그래핀을 합성할 수 있지만 유독가스를 사용할 뿐 아니라 대량생산이 어렵다는 단점이 있다.

이런 가운데 국내 연구진이 차세대 에너지 저장장치 등에 응용할 수 있는 고품질의 '다공성 그래핀 나노볼'을 대량생산하는 기술을 개발했다. 에너지 저장 효율이 중요한 차세대 전지, 하이브리드 자동차 등의 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 울산과학기술대학교(UNIST) 장지현 교수 연구팀이 유독한 가스나 화합물 없이 고분자와 금속이온만을 이용한 제조기술을 개발해 '3차원 다공성 그래핀 나노볼'을 친환경적으로 대량합성하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

'다공성 그래핀 나노볼(Mesoporous Graphene Nanoball)'은 전기전도성이 좋은 그래핀을 다수의 기공(구멍)을 갖는 나노 수준의 구형 형태로 제작한 것으로 표면적이 넓어져 여러 반응의 효율이 높아진다.

다공성 그래핀은 표면적이 넓어 반응성이 좋고, 평면 그래핀의 우수한 전기전도도도 그대로 유지된다. 분말 상태로도 만들 수 있어 앞으로의 활용 폭이 매우 넓다. 특히 대량생산이 가능한 다공성 그래핀 나노볼은 차세대 에너지 저장장치인 '슈퍼 커패시터'의 전극 소재로서 최적이다.

슈퍼 커패시터는 전극과 전해질 계면에서의 이온 이동 또는 표면 화학반응으로 충·방전을 하는 장치. 보조 배터리나 배터리 대체용으로 사용할 수 있는 장치로 급속 충·방전이 가능하며 높은 효율과 반영구적인 수명 때문에 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있다.

연구팀은 다공성 그래핀 나노볼을 슈퍼 커패시터의 전극소재로 적용한 결과, 기존 대비 2배의 성능을 나타냈고 장시간 사용에도 성능저하가 거의 없다는 연구 결과를 도출했다.

이번 연구를 주도한 장지현 교수는 "다공성 그래핀 나노볼은 뛰어난 특성으로 슈퍼커패시터 외에 다양한 장치에 활용 가능하다"며 "삼차원 그래핀의 친환경적 대용량 제조방법으로 고출력·고효율 에너지 저장 시대를 앞당기는데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구에는 이정수·김선이 박사과정 연구원이 참여했으며, 연구 결과는 미국화학회가 발행하는 나노분야 학술지 'ACS Nano' 온라인판에 게재됐다.