고성능의 전극을 저비용으로 제조할 수 있는 기술이 개발되어 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 7월 10일자에 온라인 게재됐다.

나노입자 연구단의 성영은 그룹리더(서울대 교수) 연구팀이 저비용 고효율의 황과 질소가 도핑(doping)된 그래핀 합성 기술을 개발한 것이다. 이번 연구개발은 관련 제품을 대량 생산할 수 있는 친환경적이며 경제적인 공정을 개발했다는 점에서 큰 의미가 있다. 특히 이차전지의 성능 향상과 연료전지의 비용 문제를 동시 해결 가능하다는 점에서 기대를 모으고 있다.

연구진은 가성소다(NaOH)와 헤테로원자가 함유된 유기용매를 사용하여 용매열합성법으로 황과 질소가 도핑된 그래핀을 합성한 다음 리튬이온전지 전극에 적용하여 성능을 실험했다. 그 결과 황과 질소의 도핑 함유량이 높으며 비표면적이 넓어 리튬이온전지의 전극 물질에 적용했을 때, 리튬이온이 이동하는 거리를 단축시킬 수 있음을 밝혀낸 것이다. 또, 지금까지 리튬이온전지에 사용되어온 탄소(흑연)의 이론용량에 비해 더 높은 용량을 보였고 충전·방전 실험에서도 용량퇴화가 없는 높은 안정성을 갖는다는 사실을 확인했다. 연료전지의 환원극에 적용하였을 때도 값비싼 백금 촉매에 버금가는 성능을 보여 우수한 대체 소재로서 가능성을 제시했다.

▲ 황이 도핑된 그래핀 합성 모식도 및 전자 현미경사진