한국지질자원연구원(원장 신중호)은 장희동 자원활용연구센터 박사와 서진규 맥진정보통신 대표, 김한수 한양대 교수, 지아싱 후앙 미국 노스웨스턴대학교 교수 등 공동 연구팀이 버려지는 실리콘 폐기물을 재활용해 첨단 고부가가치 원료소재인 그래핀-실리콘 복합체를 단일 공정으로 제조하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

실리콘 폐기물은 태양전지와 반도체용 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 발생한다. 국내 실리콘 폐기물 발생량은 연간 2만1000톤 이상이다.

폐기물은 주로 실리콘과 실리콘 카바이드로 구성돼 있다. 순도 9N(99.9999999%) 이상의 초고순도 실리콘 나노입자들이 30% 이상 함유돼있다. 이를 분리 회수하면 고부가가치 소재인 리튬 이차전지 음극소재에 활용할 수 있다.

공동 연구팀은 폐실리콘에 함유된 실리콘을 단일공정으로 분리 회수했다. 이후 그래핀 산화물과 결합해 고효율 이차전지 음극소재를 제조했다.

기존 연구에서는 1차로 실리콘 폐기물에 함유된 실리콘을 분리 회수한 후 2차로 그래핀과 결합시켜 이차전지 음극소재를 제조했다. 공동 연구팀은 공정들을 단일화해 실리콘 분리와 그래핀 복합화를 동시에 진행했다.

장희동 박사는 "버려지던 폐기물을 고부가가치 소재로 재활용할 수 있는 중요한 기술"이라며 "차세대 리튬이차전지 음극소재 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것"이라고 말했다.

연구결과는 지난달 20일 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포츠'(Scientific Reports) 온라인판 게재됐다.