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‘꿈의 신소재’ 그래핀 재도약, 양산화 山 넘나
삼성電 배터리 충전속도 5배 ↑, 현대重 선박 감쇠재 개발
-中·美 시장선점 나서, 비용·환경·표준화·기술 문제 풀어야
삼성전자 종합기술원이 개발한 배터리 충전 속도를 5배 높일 그래핀 볼 소재(左)와 그래핀 관련 특허신청 수(자료:코트라)
높은 전기적, 열전도성 특성을 가지고 있어 꿈의 신소재로 널리 알려진 그래핀(Graphene)이 국내 삼성전자, 현대중공업 등 수요기업에 적용되기 시작하면서 양산화 가능성이 높아지고 있다. 그러나 해결해야할 비용·환경·표준화·기술 문제가 많고 중국, 미국 등이 세계시장을 선점하기 위한 투자에 적극 나서고 있어 기술력을 갖춘 우리나라가 뒤처지지 않기 위한 양산화와 연구개발에 대한 투자와 협력이 절실한 상황이다.

그래핀은 높은 전기적 특성(구리의 약 100배)과 열전도성(다이아몬드의 약 2배), 신축성 등의 특징을 가지고 있으며 2015년 기준으로 세계 시장규모는 300억달러(약 32조)에 이르고 있다. 그러나 그간 학계에서의 연구가 주를 이루며 양산화는 더디게 진행됐지만 최근 공정미세화가 필요한 반도체, 플렉서블 구현이 필요한 디스플레이 등 혁신적인 제품들이 개발되면서 그래핀을 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있다.

지난 27일 삼성전자 종합기술원은 손인혁·두석광 연구팀이 기존 리튬이온전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서 충전속도를 5배 이상 빠르게 만들 수 있는 배터리 소재 ‘그래핀 볼’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다는 성질을 이용한 것이다.

또한 현대중공업은 최근 KAIST와 함께 선박의 진동이나 소음을 저감시켜주는 감쇠재에 그래핀-탄소나노튜브를 적용한 ‘고성능 감쇠재’를 개발해 초대형 원유운반선에 적용했다고 밝혔다. 기존 감쇠재로 사용되던 폴리우레탄에 그래핀을 적용해 진동을 50% 저감한 것으로 회사는 기술우위를 바탕으로 영업을 확대한다는 계획이다.

이처럼 그래핀 상용화 사례가 늘고 있는 것에 대해 그래핀 업계는 관련 기업 증대에 따른 가격 하락과 기술력 상승을 꼽고 있다. 전세계 그래핀 기업이 늘고 있는 가장 큰 이유는 그래핀의 원료인 흑연(그라파이트) 매장량이 세계 2위인 중국의 투자다. 중국은 지난 2015년 11월 ‘그래핀 산업 혁신발전에 관한 몇 가지 의견’을 제시하면서 그래핀 소재 표준화, 계열화, 원가 절감등을 통해 2020년까지 그래핀 산업 시스템을 갖출 계획임을 밝혔다. 이어 지난 2016년 3월 ‘13.5 규획요강’을 통해 그래핀 산업 관련 프로젝트에 3억위안 이상의 자금을 투입했다.

그 결과 중국 그래핀 관련 특허 신청 수는 2016년 기준 1위(6,714건)를 기록했으며 그 뒤를 한국(약 3,000건)이 따르고 있다. 또한 2016년 기준 중국내 그래핀 연구개발, 생산 및 응용 부분의 사업을 영위하는 업체는 약 400여개로 전세계 그래핀 업체수의 75%를 차지하고 있을 정도로 크게 늘었다. 경쟁이 심화되면서 그래핀 원재료 및 가공비도 자연스레 내려가고 있는 추세다.

이를 기반으로 현재 그래핀 업계에서는 기술개발을 넘어 상용화를 위한 움직임이 활발한데 최근 미국에서는 그래핀 관련 기업 관계자들이 National Graphene Association라는 모임을 결성하고 처음으로 그래핀 상용화를 위한 방안을 논의했다.

그러나 그래핀 상용화 시대가 본격화 될 때까지는 아직 넘을 산이 많다. 그래핀을 적용할 만한 확실한 어플리케이션이 발굴되지 않았으며 인체 및 환경에 미치는 영향도 아직 제대로 파악되지 못했다.

또한 소재 특성상 부피가 커 운송비 부담을 어떻게 줄일지, 천차만별인 그래핀 품질에 대한 표준화 작업도 필요하다. 최근 중국이 그래핀 시장을 선점하기 위한 국제 표준화 작업에 한창인 가운데 우리나라도 최근 ‘그래핀과 2D 물질에 대한 특성 분석 방법 매트릭스’ 표준을 제안한 바 있다.

영국의 그래핀 솔루션기업 Haydale(헤이데일)의 한국지사 지용재 매니저는 “그래핀은 소량만 사용해도 제품의 특성을 향상 시킬 수 있는 ‘소금’과도 같은 소재이나 적합한 어플리케이션 발굴과 솔루션 없이는 그야말로 ‘꿈만 꾸는 신소재’에 머물 수 밖에 없다”며 “활발히 진행돼 온 그래핀 연구가 이제 상용화로 제대로 안착되기 위해선 각 업체 양산제품 품질관리 확보, 표준화, 수요기업과의 협력 등에 적극 나서야 할 것”이라고 밝혔다.

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신근순 기자 (shin@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]
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