▲ 베스트그래핀이 개발한 그래핀 소재 및 주요 응용제품

그래핀 재응집·분산성 한계 극복, 고용량·고신뢰성 복합유전체 개발

年 45톤→300톤 확대 준비, AI 데이터센터·차세대 배터리 시장 공략

첨단 나노소재 전문기업 베스트그래핀㈜(대표 진성민)이 독자적인 기능화그래핀 기술을 기반으로 전기차용 고용량 적층세라믹콘덴서(MLCC) 핵심소재의 국산화 및 상용화에 속도를 내고 있다. 그래핀의 재응집과 분산성 한계를 극복한 복합유전체 기술을 통해 전장용 MLCC의 성능과 신뢰성을 높이고, 국내 첨단 전자부품 산업의 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

2017년 설립된 베스트그래핀은 산업통상부가 추진하는 ‘첨단나노소재 적용 미래전략산업 수요연계 기술개발사업’의 세부과제 주관기관으로 선정되어 ‘그래핀-BaTiO₃(티탄산바륨) 복합유전체 기반 전기차용 고용량 MLCC 제품화 기술’을 개발 하고 있다.

산업통상부는 반도체·디스플레이·첨단 모빌리티 등 국가 미래 전략산업의 기술 초격차 확보를 위해 2024년부터 2027년까지 국비 295억 원을 포함해 총 436억 원 규모로 이번 사업을 추진하고 있다. 이 중 베스트그래핀이 주관하는 과제는 삼화콘덴서, 한국전자기술연구원(KETI)이 함께 참여해 원천소재 개발부터 공정 검증, 최종 제품화까지 전 과정을 연계해 진행 중이다.

아울러 나노융합산업연구조합(이사장 홍순국)은 ‘첨단나노소재 전략수립 및 성과확산 지원’ 과제를 통해 수요·공급기업 간 협력체계 구축과 기술교류, 성과확산 등을 지원하며 개발기술의 사업화를 촉진하고 있다.

‘전자산업의 쌀’로 불리는 MLCC는 회로 내 전압을 안정화하고 전류 흐름을 제어하는 핵심 수동부품이다. 특히 전기차 및 자율주행차에 탑재되는 전장용 MLCC는 고온·고전압·진동 등 극심한 환경 조건을 견뎌야 해 높은 정전용량과 내전압 특성, 장기 신뢰성이 필수적이다.

기존 티탄산바륨(BaTiO₃, 이하 BT) 단일 유전체 시스템은 고용량화와 내전압 특성을 동시에 향상시키는 데 물리적 한계가 존재했다. 이를 극복하고자 뛰어난 전기적·기계적 특성을 지닌 그래핀과의 복합화 연구가 지속되었으나, 그래핀 특유의 재응집 현상과 낮은 분산성이 상용화의 최대 걸림돌로 지적되어 왔다.

베스트그래핀은 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 독자적인 화학적 개질합성(Chemical Modification) 기술을 적용한 수요자 맞춤형 기능화그래핀 ‘UCMG(User Customized & Chemically Modified Graphene)’를 개발했다. UCMG는 그래핀의 분자구조와 표면 화학적 특성을 제어해 입자 간 재응집을 억제하고, BT 입자와의 결합력 및 유기용매·바인더와의 상용성을 대폭 향상시켰다.

특히 고형분 함량 1% 이상의 고농도 분산액에서도 우수한 분산 안정성을 유지하며, 이를 BT 슬러리 공정에 적용하면 균일한 그래핀-BT 복합 슬러리와 표면 조도가 평탄한 고품질 그린시트(Green Sheet)를 제조할 수 있다. 이는 MLCC의 유전율 증대와 내전압 특성 향상, 장기 신뢰성 확보로 직결된다.

현재 베스트그래핀은 컨소시엄 참여 기관들과 협력해 특정 규격의 35V급 전기차용 고용량 MLCC 구현을 추진 중이다. 수요기업의 제조공정에 적합한 소재 특성과 공정 적용성을 검증하고, 과제 종료 시점 또는 그 이전에 상용 제품을 도출하기 위한 기술 검증과 양산성 확보에 집중하고 있다.

그래핀 복합유전체를 통해 유전율을 높이면 MLCC의 적층 층수와 유효 면적 등 설계 자유도를 확대할 수 있어 고용량화와 고성능화에 유리하다. 이에 따라 해당 기술은 전기차 전장용 MLCC뿐 아니라 고성능 IT 기기, AI 데이터센터 및 AI 서버용 MLCC 등 고부가 전자부품 시장으로 확대 적용될 것으로 기대된다.

베스트그래핀은 기능화그래핀 원천기술을 바탕으로 이차전지 및 차세대 배터리용 양·음극 슬러리, 실리콘 음극재 코팅제, 그래핀 하이브리드 바인더(GHPB), 기능성 코팅액 등으로 사업 다각화를 본격화하고 있다.

증가하는 첨단 산업 수요에 선제적으로 대응하기 위한 양산 인프라 구축도 차질 없이 진행 중이다. 현재 연산 45톤 규모인 기능화그래핀 생산능력을 올해 말까지 연산 300톤 규모로 확충하기 위한 설계를 완료할 예정이다. 이어 2028년 2,000톤, 2031년 20,000톤 규모로 단계를 밟아 확장하여 원가 경쟁력과 안정적인 공급망을 동시에 확보하고, 중장기적으로 기업공개(IPO)를 추진할 계획이다.

진성민 베스트그래핀 대표는 “차세대 나노소재인 그래핀의 성공적인 상용화를 통해 국내 주력 산업의 글로벌 초격차 경쟁력 확보에 기여하는 것이 목표”라며 “독자적인 UCMG 원천기술과 단계별 대규모 양산 스케일업을 발판 삼아 전기차 및 AI 데이터센터용 MLCC는 물론, 차세대 배터리 소재 시장을 선도하는 글로벌 나노소재 기업으로 도약하겠다”고 밝혔다.

한편 나노융합산업연구조합은 첨단 나노소재의 기술개발 성과가 실제 제품화와 사업화로 이어질 수 있도록 수요·공급기업 간 기술협력과 성과확산 지원을 지속할 계획이다.

▲ 베스트그래핀 회사 전경