단국대학교는 신소재공학과 주수현 교수 연구팀이 꿈의 신소재라 불리는 그래핀의 크랙 결함을 없앤 나노셀룰러(나노 크기의 3차원 연속연결) 구조 그래핀 개발에 성공했다고 18일 밝혔다.

그래핀은 전기 전달이 우수하고 화학적으로 안정돼 배터리 음극재 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다.

그래핀 제작에는 흑연의 산화·환원 특성을 활용한 화학적박리법과 화학기상증착 합성법(CVD) 등이 주로 사용된다.

하지만 기존에 개발된 나노구조의 그래핀은 나노구조 사이의 연결성이 떨어지고 서로 간 결합력이 약해 크랙이 쉽게 발생하는 단점이 있다.

연구팀은 일본 도호쿠 대학의 가토 히데미(Hidemi Kato) 교수팀과 금속 용탕 탈성분법(원소 간 결합 선호도 차이를 활용한 새로운 공정)과 망간·탄소를 증착해 얻은 비정질합 금막을 활용해 크랙이 전혀 없는 나노셀룰러 구조 그래핀 제작에 성공했다.

연구팀이 제작한 나노셀룰러 구조 그래핀은 기존의 그래핀보다 전기전도도가 2배 이상 높고 인장강도도 10배 이상 높다.

플렉시블 나트륨 배터리의 음극재로 활용 시 매우 빠른 속도로 7000번의 충·방전 후에도 충전용량이 유지되는 획기적인 특성 향상을 이뤘다.

주수현 교수는 “배터리 음극재, 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 기기 등에 훨씬 높은 성능을 제공할 것으로 기대한”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 우수신진연구 지원을 받아 수행됐다.

연구 논문(Mechanically Robust Self-Organized Crack-Free Nanocellular Graphene with Outstanding Electrochemical Properties in Sodium Ion Battery)은 세계적 권위의 국제 저명 학술지 ‘Advanced Materials (2022년 IF=29.4)’ 2024년 2월 온라인으로 게재됐다.