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'그래핀 전극 소재' 개발 성공…"최고의 전도율 선봬"

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by 리워디 월렛 Rewardy Wallet 2024. 1. 16. 16:37

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크리스탈신소재, '그래핀 전극 소재' 개발 성공…"최고의 전도율 선봬"

신에너지·전자기 등 그래핀 전도성 주목…그래핀 도전제, 리튬 이온 배터리 분야 우세

2024.01.16

 

[프라임경제] 크리스탈신소재(900250)가 수년간의 노력 끝에 그래핀 전극 소재 개발 목표를 이뤄내면서 관련 업계의 관심이 집중되고 있다.

 

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크리스탈신소재는 16일 서요 크리스탈신소재 이사장 겸 수석 기술고문인 박사 연구팀이 최근 그래핀 전극 소재 개발에 성공했다고 밝혔다.

 

이번에 개발된 그래핀 전도제품은 현재 출시된 제품 중에서도 최고의 전도율을 선보이는 그래핀 분말이다. 국가 그래핀 분말 제품 품질 감독센터로부터 인정받았고, 그 전도성을 지속적 발전될 수 있게 연구도 진행 중이다.

 

신에너지·신소재·고분자·전자기 차폐·코팅과 같은 많은 분야에서 전도성에 대한 수요는 매우 높은 편이다. 그래핀의 전도성은 업계에서 큰 관심을 받게 된 이유다.

 

흑연을 원료로 마이크로머신의 물리적 박리법을 통해 최대 10의 5제곱 S/m(20MPa)의 고전도 그래핀 제품 생산능력을 갖추고 있는 장인유자는 하위 시장의 수요를 충족시키기 위해 더 높은 전도율의 그래핀 제품을 개발했다.

 

원료에 대한 엄격한 선별·공정 최적화·포괄적인 분산·성능 균형을 통해 출시된 최신 전도성 제품은 업그레이드되지 않은 고전도성 제품보다 열 배나 성능이 향상됐다.

 

현재 해당 제품은 리튬 인산철 양극·흑연 음극 재료에 적용해 좋은 효과를 얻었다. 크리스탈신소재에서 국내 최대 리튬배터리 음극 재료 제조업체에 그래핀 현탁액을 제공해 중간 테스트 중이고, 초기 테스트에서는 이미 호평받은 바 있다.

 

새로운 그래핀 도전제(導電劑)는 기존 재료보다 저항이 낮고 전도 역치(閾値)가 작은 등 장점이 있다. 따라서 리튬배터리 양극 슬러리에 0.5~1.5%의 비율만 첨가해도 배터리 용량·배율·사이클을 크게 향상할 수 있다.

 

그래핀은 전기 특성이 우수해 실온에서 전하 캐리어 이동도가 최대 15000m2/V·s에 달하고 전기 전도율이 1000S/cm를 초과하는데 이는 기존 전도성 탄소 재료보다 스무 배나 높은 수치다.

 

그래핀은 2차원 평면 구조로 인해 활성 물질과 '면-점' 접촉을 형성할 수 있고 초박형 및 유연한 물리적 특성으로 인해 역치가 매우 낮아 적은 양으로도 전극의 전도율이 크게 증가할 수 있다.

 

도전제 자체는 용량을 제공하지 않기 때문에 활성 물질의 용량을 확보하면서 도전제의 양을 최대한 줄여야(도전제의 도전 역치가 최대한 낮아야) 도전제를 소량 첨가하고도 양호한 도전성을 유지할 수 있다.

 

나아가 활성 물질의 비율을 높임으로써 리튬이온전지의 에너지 밀도를 효과적으로 높일 수 있다. 따라서 그래핀은 잠재력이 매우 큰 리튬이온전지 도전제라고 할 수 있다.

 

그래핀의 뛰어난 전도성은 전자의 이동속도를 높이고 전지의 배율 성능을 향상할 수 있다. 또한, 그래핀의 높은 비표면적은 전해액을 저장하는 구멍을 형성하여 전극 재료가 전해액에 충분히 침투할 수 있도록 함으로써 전지의 충방전 효율을 향상할 수 있다.

 

그래핀의 기계적 특성은 극편의 부피에너지 밀도를 개선하고 유연성·박리 강도를 증가시킨다.

 

그래핀의 우수한 열 전도성은 리튬이온전지의 열저항을 낮추고 전지의 열 안정성을 향상할 수 있고, 그래핀의 높은 원자 이용률은 도전제의 양을 줄이고 전극 활성 물질의 배합비를 증가시켜 전지의 에너지 밀도를 향상할 수 있다.

 

끝으로 그래핀의 전극 재료와의 '면-점' 접촉방식은 전도율을 효과적으로 향상할 수 있는 장점도 있다. 그래핀 도전제는 리튬 이온 배터리 분야에서 우세한 상황이다.

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