국내연구진, 칼륨·나트륨 이온전지용 활성 그래핀 제조기술 개발

활성화된 구겨진 형상의 그래핀(A-CG) 합성과정 모식도(한국지질자원연구원 제공)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 한국과 미국 연구진이 꿈의 나노 물질, 꿈의 신소재로 불리는 그래핀(Graphene)을 칼륨과 나트륨 이온 전지용 소재에 적용하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

한국지질자원연구원(KIGAM·원장 김복철)은 장희동 박사 연구팀이 미국 조지아공대 이승우 교수팀과 에어로졸 공정으로 제조된 구겨진 종이공 모양의 그래핀 산화물을 부분 환원 및 저온 열처리 활성화 과정을 통해 칼륨 및 나트륨 이온 전지용 소재에 적용하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

현재 널리 활용되고 있는 이차전지인 리튬이온전지의 대체재로 고효율의 높은 안정성을 갖고 있는 칼륨 및 나트륨 이온 전지의 개발이 요구되고 있다.

연구팀은 구조·화학적으로 안정적인 구겨진 종이공 형상의 그래핀 결정구조를 조절·활성화시켜 칼륨 및 나트륨 이온 전지용으로 적용했다.

활성 그래핀을 사용한 이온전지는 높은 저장 용량, 고속 충방전 및 장시간 안정성 등의 우수한 물성을 보였다.

활성 그래핀은 에어로졸 공정으로 제조된 구겨진 종이공 형상의 그래핀 산화물을 부분 환원 및 저온 열처리를 통해 활성화시킨 것으로 세계 최초로 시도됐다.

연구팀은 제조된 활성 그래핀의 전기화학 특성 평가 후 밀도함수 이론 분석을 수행했다. 그 결과 적용된 기술이 칼륨 및 나트륨 이온 전지로 모두 매우 우수한 물성을 나타내고 있음을 확인했다.

연구팀은 향후 기술 실용화와 상용화가 이뤄질 경우 기존 리튬 이온 저장 장치를 대체할 수 있는 수십 조 원 이상의 경제적 효과가 창출될 것으로 기대하고 있다.

장희동 박사(한국지질자원연구원 제공)© 뉴스1

장희동 박사는 “이번 연구 결과는 활성 그래핀을 활용한 칼륨 및 나트륨 전극 소재가 차세대 이차 전지의 원료 소재로 높은 활용 가능성을 보여줬다는 점에서 가치가 있다”며 “자원빈국인 우리나라가 차세대 에너지저장장치를 선도할 수 있도록 기술 실용화에 최선을 다하겠다”고 말했다.

김복철 원장은 “이번 연구는 그동안 광물자원 활용분야의 그래핀 복합체 제조기술 연구의 결정체로 향후 에너지저장장치에 바로 적용될 수 있는 우수한 연구 성과”라며, “실용화하고 상용화해 국가와 국민이 유용하게 활용할 수 있는 연구 성과 창출을 위해 모든 연구자가 노력하겠다”고 했다.

이번 연구 성과는 에너지 저장소재 분야 세계 최고 저널인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’ 온라인 판에 지난 2월 24일 게재됐다.

memory444444@nate.com