2021년 03월 09일(화)

'꿈의 신소재' 그래핀 활용한 배터리 개발 박차...새로운 혁신 이끌어낼까

에너지경제신문   | 입력 2021.01.18 13:57   수정 2021.01.18 13:57:45
그래핀

▲그래핀(사진=픽사베이)

[에너지경제신문 박성준 기자] 세계에서 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀을 이용한 배터리 상용화에 박차를 가하고 있다. 그래핀은 뛰어난 전도율과 강도, 탄성 등으로 꾸준히 주목받아 왔는데 전기차, 에너지저장장치(ESS) 등에 탑재되는 배터리의 새로운 혁신을 이끌 수 있다는 전망으로 업체들이 치열하게 경쟁을 펼치고 있는 것이다.

18일 석유전문매체 오일프라이스닷컴은 "에너지 밀도가 향상되고 과열 위험이 없는 전기차와 급속충전 장치의 새로운 미래를 이끌어낼 수 있는 배터리 기술에 몰두하는 그래핀 생산업체들이 더 많아지고 있다"고 보도했다.

그래핀은 과거 2004년 영국 맨체스터대 연구팀이 흑연의 한 층에서 떼어낸 벌집 모양 2차원 물질로, 전기·화학적 특성이 우수하다. 육각형 벌집이 층층이 쌓인 구조의 흑연에서 원자 1개의 두께인 0.2㎚(나노미터) 수준의 얇은 한 겹으로 이뤄진 그래핀은 뛰어난 전도성과 강도, 그리고 열전도율을 자랑한다.

전문가들은 그래핀이 아직까지 전기차나 ESS 기술에 적용되고 있지 않지만 이를 통해 앞으로 더 강력하고 안전하고 빠른 충전이 가능한 배터리가 실현될 수 있다고 주장한다.

미국 리서치 기업 리얼그래핀은 "그래핀은 리튬이온 배터리의 인화성을 낮추고 충전 속도를 최대 5배까지 높일 수 있다"고 밝혔다.

그래핀을 최초로 발견한 맨체스터대학에서도 "그래핀은 가전제품뿐만 아니라 전기차, 그리고 태양광 및 풍력과 연계된 ESS에도 사용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다. 맨체스터대학은 이어 "만약 그래핀을 활용한 슈퍼 커패시트가 개발되면 고성능 전기 슈퍼카가 나올 수 있고 가볍기 때문에 자동차나 항공기 무게를 줄일 수 있다"고 덧붙였다.

이처럼 배터리 분야에서 그래핀에 대한 잠재성이 주목받자 그래핀과 배터리 통합에 박차를 가하는 업체들이 늘어나고 있다.

미 로스앤젤레스에 위치한 그래핀 제조업체 나노테크 에너지는 지난해 그래핀 회수율 90% 이상을 유지하면서 대량생산이 가능하다고 밝혔다.

업체는 또한 불연성의 고성능 배터리를 개발하기 위해 2750만 달러를 투자자들로부터 조달받아 총 투자규모가 2억 2750만 달러에 육박한다.

잭 캐버노 박사는 "스마트폰과 노트북 제조업체에서 자동차 제조업체, 일반 소비자까지 아우르는 대부분의 산업은 리튬이온 배터리의 기술에 국한되어 있다"며 "나노테크 에너지는 더 안전하고 강력한 배터리 기술을 모든 산업에게 제공할 것"이라고 밝혔다.

노르웨이의 배터리 제조업체 그래핀배터리스는 그래핀을 활용한 리튬유황 배터리를 개발하고 있다. 그 회사는 독점적인 방법으로 유황 음극재를 개발했는데 여기에 그래핀 기술을 적용시켜 ESS 시장공략에 박차를 가하고 있다.

미국의 또다른 배터리 제조업체인 나노그라프는 "현재의 리튬이온 배터리에 대한 성능관련 기술력은 정점에 도달했고 지속적으로 증가하는 출력, 지속시간, 안전성 등에 대한 소비자의 요구를 충족시킬 수 없다"고 밝혔다. 업체는 실리콘과 그래핀을 합금시킨 양극재를 개발하고 있다.

나노그래프의 폴리머 과학자이자 사업개발부 부사장인 칩 브리텐캄프는 "그래핀은 훌륭한 배터리 소재이다"며 "본질적으로, 그래핀은 지속가능한 전기화를 위한 핵심 원동력으로 거듭날 수 있다"고 강조했다.

그러나 그래핀 기술이 적용된 배터리가 당장 상용화되기엔 어려울 것으로 예상된다. 브리텐캄프는 "그래핀 기술이 배터리에 적용되기 전까지 최소 4년의 리서치와 실험이 요구될 것"이라고 밝혔다.

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