원하는대로 그래핀 오려내...배터리 성능 수십배 향상

[앵커]
차세대 탄소 소재인 그래핀을 원하는 모양대로 오려낼 수 있는 기술이 개발됐습니다.

지금보다 에너지 저장 용량과 충전 속도를 수십, 수백 배 끌어 올릴 수 있어 휴대전화 배터리 등 활용 분야가 무궁무진합니다.

이정우 기자입니다.

[기자]
탄소가 육각형의 벌집 형태로 화학 결합한 그래핀.

이 결합을 원하는 대로 오려낼 수 있다면 나노 형태의 탄소소재를 만들 수 있어 세계적으로 연구와 개발 경쟁이 치열합니다.

탄소와 탄소 간 매우 강한 결합을 끊기 위해서는 매우 강한 화학반응을 사용하기 때문에 그래핀 주변이 찢어지고 효용성이 낮습니다.

그런데 KAIST 공동 연구팀이 이 까다로운 나노 그래핀을 손상 없이 원하는 모양대로 오려낼 수 있는 기술 개발에 성공했습니다.

[임준원 / KAIST 박사과정(제1저자) : 이종원소가 도핑이 되면 다른 탄소 위치에 비해서 이종원소 위치가 화학적으로 불안정하여서 화학반응이 더 쉽게 가는데 그 화학반응을 이용하여서 저희가 원하는 모양으로 오려 낼 수 있었습니다.]

탄소의 물성이 손상되는 문제 해결을 위해 흔히 사용하는 이종원소 도핑기술을 응용했습니다.

탄소와 탄소가 결합한 평면에 질소나 다른 원소를 심어 구조적 불안정성을 유도한 뒤 전기화학적 자극을 주면 탄소 이외의 부분이 쉽게 찢어지는 원리입니다.

이 기술을 적용하면 지금보다 수십, 수백 배 기능이 향상된 휴대전화 배터리도 만들 수 있습니다.

그래핀을 원하는 모양대로 만들 수 있는 이 기술은 첨단기기 등 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용될 것으로 보입니다.

고분자, 금속, 반도체 나노입자 등 다양한 이종물질과 융합을 통해 기계적, 전기적 특성이 우수한 고성능 탄소복합소재도 만들 수 있습니다.

[김상욱 / KAIST 신소재공학과 교수 : 충·방전이 빠른 속도로 되는 에너지 저장장치라든지 아니면 아주 강도가 높고 내열성이 강한 탄소섬유를 뽑을 수 있는 그런 어떤 원천 소재가 될 수도 있습니다.]

에너지 저장 용량을 높이고 새로운 개념의 탄소소재 등을 개발할 수 있는 이번 연구 결과는 세계적 과학지 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 실렸습니다.

YTN 이정우[ljwwow@ytn.co.kr]입니다.