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[중국] 그래핀 제조 공법 보틀넥 해결을 위한 혁신연구

 

○ 그래핀(Graphene)은 일종 탄소 원자로 구성된 단층 시트 상태 구조로서 전기 전도성이 높고, 강도가 높은 동시에 열 전도성이 높은 등 특징을 보유하고 있는 신형 나노 재료에 속한다.

 

○ 중국 내에서 그래핀에 대한 전문 연구를 실행하고 그래핀 생산에 전문 종사하는 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹 멍잉(孟英) 사장의 설명에 따르면, 그래핀은 현재 세계적으로 제일 얇고 제일 단단한 나노 재료로서 완전히 투명하며 그래핀 재료의 전기 전도 성능은 구리의 10배, 심지어 100배에 달한다고 한다.

 

○ 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹은 현재 중국 내에서 규모가 제일 크고 전문적으로 그래핀 연구개발 및 생산에 종사하는 업체이며 그룹 내 관련 연구팀은 현재 그래핀 베이스 슈퍼 커패시터(Super capacitor) 및 배터리 연구개발을 실행하고 있다.

 

○ 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹 내 과학연구센터 연구팀은 현재 이미 그래핀 베이스 슈퍼 커패시터 고속 충전 및 방전 연구에서 중대한 성과를 달성하였는데 그래핀으로 개발한 작은 배터리 충전 및 방전은 15초에 달하는 것으로 나타났다.

 

○ 그래핀 배터리가 개발되면 배터리 용량은 1.5배에 달하게 될 전망이며 충전 시간은 몇 분간으로 단축되어 그래핀 베이스 슈퍼 커패시터로 하여금 배터리를 대체할 수 있게끔 할 것이며 충전 및 방전 시간은 몇 초까지 단축될 전망이다.

 

○ 이런 배터리는 전기자동차 분야에 응용할 수 있게 되며 이런 배터리를 응용하면 전기자동차 운행 거리를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 충전 시간은 주유 시간보다 더욱 짧아지게 될 것으로 전망된다.

 

○ 그래핀은 개발된 시간이 짧지만 세계적으로 제일 얇고 강도가 제일 높은 재료로서 두께는 0.34나노 밖에 안 되어 20만 개 층의 그래핀을 쌓아 놓아도 두께가 머리카락 하나의 지름 정도 밖에 되지 않으며 다이아몬드보다 더욱 단단하고 강도는 세계적으로 강도가 제일 높은 철강 재료보다 100배나 더 높고 광 투사 비율은 97% 이상 수준에 달하고 있는 상황이다.

 

○ 그래핀은 전자, 우주, 군수산업, 신에너지, 신 재료 등 분야에서 폭넓은 응용 잠재력을 보유하고 있다. 그래핀의 우수한 전기학 성능만 활용해도 그래핀은 실리콘을 대체하여 초미세 타입 결정체 튜브를 개발할 수 있는 제일 잠재력이 큰 신형 재료에 속하며 미래 컴퓨터 운행 속도를 10~100배 향상시킬 수 있다. 동시에 방탄복, 초경량 항공기 재료 개발에서의 최우선 재료로 되고 있으며 탄소 섬유를 대체하여 선체와 자전거 제조용 재료로 활용할 수 있다. 그래핀은 심지어 실리콘을 대체하여 컴퓨터 칩으로 제조할 수 있다.

 

○ 그래핀은 개발 된지 10년이 되었지만 그래핀이 실리콘을 대체하여 트랜지스터를 양산하는 공법은 아직도 형성되지 못한 상황인데 주요 원인은 그래핀 추출 과정이 복잡하고 원가가 높은데 있는 것으로 나타났다.

 

○ 현재 산업계는 주로 화학 기상증착 방법, 산화 환원 방법, 열분해 탄화 실리콘 방법 등 그래핀 양산 제조 기술을 사용하고 있으며 일반적인 그래핀은 대부분 '그래핀 박리 방법'을 통해 개발되며 전 세계적으로 몇 개 업체에서만 산업화 생산을 실현한 상황이다. 1g의 그래핀 가격은 130달러에 달하기 때문에 생산 원가를 낮추어야만 그래핀을 더욱 폭넓게 다양한 분야에 응용할 수 있는 상황이다.

 

○ 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹 연구개발팀은 최근 년 간 관련 연구를 통해 일종 혁신적인 그래핀 제조 방법을 개발하였는데 동 제조 방법으로 원가가 저렴하게 그래핀을 양산할 수 있는 것으로 나타났다. 지난 2013년도에 동 회사는 중국 최초의 연 간 생산량이 50만g에 달하는 그래핀 파우더 생산 라인을 구축하였으며 최근에는 연 간 생산량이 100톤 파우더 규모에 달하는 생산라인을 구축하여 지난 6월에 공식 생산단계에 들어간 상황이다.

 

○ 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹 멍잉(孟英) 사장이 주도하는 과학연구팀은 지난 2009년도부터 그래핀 산화 환원 방법에 기반 한 그래핀 양산 제조 공법에 대한 연구개발을 실행하여 독자적인 지적재산권을 보유한 생산 공법과 설비를 개발하여 그래핀 양산을 실현할 수 있게 되었다.

 

○ 탕산(唐山) 젠화(建華) 실업(實業) 그룹이 연간 생산량이 100톤에 달하는 그래핀 파우더 생산라인을 구축함에 따라 그래핀 원가는 1g당 17달러 수준으로 하락할 수 있게 되어 그래핀 생산 원가가 대폭 감소되어 더욱 많은 관련 제품에서 그래핀을 활용할 수 있게 되었다.