'꿈의 신소재' 그래핀 대량생산한다.. 세계 최초

LG디스플레이가 세계 최초 개발한 77인치 투명 플렉시블 디스플레이가 적용되어 용도에 맞게 접었다 폈다 변형 가능한 스마트 데스크 제품을 참관자가 살펴보고 있다.(현 기사와는 무관)

[아시아경제 황준호 기자] 국내 공공연구기관과 중소기업이 한국산 흑연을 활용해, 국산 기술로 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀을 세계 최초로 대량 생산한다.

그래핀은 휘는(플렉시블) 디스플레이 개발과 전기차의 이차전지 내 도전재, 전극 등에 사용되는 신소재로, 계획대로 연내 대량생산이 이뤄진다면 우리나라가 산업용 그래핀 시장의 주도권을 확보하는데 결정적인 역할을 하게 될 것으로 예상된다.

한국화학연구원은 이제욱 화학공정연구본부 박사의 연구팀이 '차세대 전기화학 박리공정'을 개발하고 이 공정을 적용한 멀티 전극 시스템을 제작해 ㈜엘브스지켐텍에 기술 이전했다고 18일 밝혔다.

그래핀, 연내 대량생산

이제욱 한국화학연구원 화학공정연구본부 박사 연구팀이 개발한 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 적용한 멀티 전극 시스템.

연구팀이 개발한 멀티 전극 시스템은 전해질 용액 수조에 '금속 전극-흑연 전극-금속 전극'을 샌드위치처럼 배치한 묶음을 여러 개 담가놓은 장치다. 이 장치는 흑연 전극에 전기를 흘려보내 그래핀을 아주 얇은 층으로 벗겨낼 수 있다. 이렇게 벗겨진 그래핀은 장치 하단의 필터를 통해 용액과 분리돼 가루 형태로 추출된다. 이 장치는 1시간 이내에 고품질의 그래핀을 생산할 수 있다. 이는 세계에서 가장 빠른 수준이다. 또 그래핀 1g당 가격도 1000원으로 비교적 저렴하다.

이 시스템을 통해 그래핀은 대량생산이 가능해졌다. 연구팀은 이 기술을 엘브스지켐텍에 기술 이전했다. 이 회사의 모회사인 엘브스흑연㈜은 국내 흑연광산의 채굴권을 확보하고, 올해부터 본격적인 흑연 채굴에 들어간다. 지금까지 중국 수입에 의존하던 고품질의 흑연을 저렴한 가격으로 엘브스지켐텍에 대량 공급한다.

2024년 전세계 2400억 달러 시장 공략

한국화학연구원 이제욱 책임연구원(오른쪽)과 권연주 연구원(왼쪽)이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들고 사진을 촬영하고 있다. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다.

이제욱 박사는 "화학적 합성 공정의 경우, 강산 처리로 인해 그래핀의 강도, 열 전도성, 전기전도도 등의 품질이 급격히 떨어진다"라며 "나중에 환원처리를 하지만 100% 수준으로 품질이 회복되지 않는다"고 설명했다.

대량 생산되는 그래핀은 우선 디스플레이와 스마트폰 등 전자제품의 열을 방출하는 방열부품, 전기자동차의 이차전지에 들어가는 도전재와 전극 등에 적용할 예정이다. 한국산업평가관리원에 따르면, 현재 전 세계 그래핀 시장은 900억 달러로 추정된다. 2025년에는 2400억 달러로 3배 가까이 커질 것으로 예상된다.

박철용 ㈜엘브스지켐텍 박철용 대표는 "값싼 고품질의 그래핀을 대량으로 시장에 공급해 지난 10년 동안 열리지 않았던 그래핀 상용화의 문을 2021년까지 활짝 여는 게 목표"라고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr