그래핀을 이차전지 전극으로 사용할 수 있는 길이 열렸다.
백종범 UNIST 교수(에너지 및 화학공학부)팀은 쇠구슬로 흑연을 얇게 깨뜨리는 기계화학적공정(볼밀링)을 이용해 고용량, 빠른 충·방전 속도와 안정성을 갖춘 리튬이차전지 음극소재용 그래핀을 제조했다.
기존 그래핀 합성법은 유독한 강산 및 환원제 사용으로 환경문제를 일으키고 복잡한 공정으로 대량 생산의 어려움이 많았다.
백 교수팀은 탄소와의 결합력이 강하고 전자를 잘 끌어들이는 할로젠 원소(염소, 브롬, 요오드)를 흑연과 함께 깨뜨려 그래핀 가장자리에 입혔다. 이러한 제조방법은 친환경적이고 대량 생산도 가능하다.
리튬이차전지의 음극소재는 충전 시 리튬 이온을 받아들이는 역할을 한다. 할로젠 원소의 기능을 입힌 그래핀을 음극소재로 사용하면 리튬이온의 이동 면적을 넓혀 563mAh/g의 용량이 가능하다. 음극소재로 많이 사용하는 흑연의 이론상 용량인 372mAh/g보다 향상된 수치다. 충·방전 속도도 높일 수 있다.
탄소로만 이루어진 흑연은 내부 압력 상승에 따른 폭발 위험성이 있지만 그래핀은 초기 에너지 밀도와 비슷한 용량을 유지하기 때문에 안정성 면에서도 우수하다.
백종범 교수는 “한국이 글로벌 리튬 이차전지 시장 점유율 1위지만 열처리 기술이 뛰어난 일본과 천연 흑연이 풍부한 중국에 밀려 음극 소재의 국산화는 뒤쳐져 있는 상태”라며 “가격경쟁력과 우수한 성능을 가진 그래핀을 리륨 이차전지의 음극소재로 사용하면 음극 소재 국산화와 경쟁력 향상에 기여할 수 있다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 지난 20일 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 온라인판에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
