흑연의 영어인 '그래파이트'와 화학에서 탄소 이중결합 형식을 띤 분자를 뜻하는 접미사를 결합해서 만든 그래핀(Graphene)는 미래의 물질이라고 할 만큼 큰 각광을 받고 있는 신소재입니다. 그래핀은 탄소 원자가 육각형 격자 구조를 가진 물질로 철망처럼 넓게 연결이 되어 있습니다. 이 벌집 같은 철망 구조의 그래핀의 두께는 335pm로 무척 얇습니다. 그래핀이 각광 받는 이유는 구리보다 전도성이 100배나 좋고 철강보다 강도가 200배나 강합니다. 이 뛰어난 기능성을 이용하면 같은 부피의 배터리도 저장용량을 2배 이상으로 키울 수 있으면서도 콘크리트보다 강한 강도를 지닐 수 있습니다.
최근 코드리스 무선 이어폰에 그래핀 드라이브를 사용해서 기존 사용 시간보다 2배인 7시간 이상 사용할 수 있는 제품들이 선보이고 있습니다. 이외에도 해수를 담수화할 때도 사용할 수 있는 등 다양한 분야에게 큰 인기를 끌 것입니다.
<그래핀/작성자: Anna Kireieva/셔터스톡>
한국은 그래핀 강국입니다. 그래핀 관련 기술이나 기사들이 많이 나오고 있습니다. 이번에는 대구경북과학기술원에서 그래핀을 이용해서 발전과 저장을 할 수 있는 투명 배터리를 만들 수 있는 기술을 개발했습니다.
스마트섬유융합연구실 최창순 선임연구원팀은 투명한 배터리를 만들기 위해서 전극에 단층의 그래핀 필름을 사용했습니다. 그래핀은 전기적 특성에서 투명도가 높습니다. 여기에 반고체 전해질을 함유한 고분자 나노매트를 분리막으로 사용해서 투명도를 77.4%까지 높였습니다.
또한 연구팀은 에너지 저장 패널을 상층에 배치하고 하층에 에너지 변환 패널을 하층 내부에 삽입해서 자기 충전할 수 있는 배터리를 개발했습니다. 또한 상층의 에너지 저장 패널 바로 밑에 터치 센서를 추가해서 터치 센싱 시스템도 들어갔습니다.
위 그래프는 그래핀을 이용한 배터리를 터치하면 정전 용량이 세로로 튀는 것을 볼 수 있습니다. 이는 밟아서 전기를 생산하는 압전 소자와 비슷한 형태로 전기를 발전할 수 있다는 소리네요. 투명하기 때문에 전철역이나 건물 입구에 그래핀 배터리를 투명하게 깔아 놓으면 지나가면서 사람들이 밟을 때 마다 전기를 생산할 수 있습니다. 순간 발생하는 전압은 135V입니다.
이 그래핀을 이용한 투명 발전 가능한 배터리는 피부에 직접 전자 회소를 인쇄하거나 아주 얇은 필름을 인쇄한 전자 회로를 몸에 붙이는 기술과 함께 사용하면 입는 컴퓨터나 각종 센서를 몸에 달 수 있습니다. 입는 컴퓨터의 문제는 배터리가 투명하지 않아서 거추장스러웠는데 이걸 해결할 수 있네요.
이 투명 그래핀 배터리를 만드는 영감은 영화에서 받았습니다. SF 영화를 보면 투명한 스마트폰을 사용하는데 여기서 영감을 받았다고 하네요. 지금 OLED를 이용한 투명 디스플레이 기술은 수년 전에 나와 있고 지금은 뜸해졌지만 한 때 투명 디스플레이를 이용한 광고를 선보이기도 했습니다. 그러나 이런 투명 디스플레이는 PC처럼 전기를 공급받는 형태였습니다. 그러나 투명 배터리가 개발되면 투명한 스마트폰도 나올 수 있겠네요.
다만 연구 단계라서 상용화하려면 시간도 더 걸리고 제작 단가도 낮춰야 합니다. 그래핀 기술 강국 코리아가 되어가는 느낌이네요.
