박리 그래핀 분야 세계 최초 상용화 추진 - KERI, ㈜상보에 기술 이전

정부는 최근 2,100억 원 규모 그래핀 소재 · 부품 상용화 기술 개발 사업을 추진하는 등 꿈의 신소재로 불리는 그래핀 상용화에 시동을 걸었다. 그러한 가운데 우리나라 연구진이 개발한 그래핀 대량 제조 기술을 세계 최초로 국내 중견 기업이 상용화함으로써 본격적인 그래핀 시대를 예고했다. 이건웅 한국전기연구원(KERI) 나노융합기술연구센터 박사팀은 2월 16일 '고품질 그래핀 대량 제조 및 유연 전극 응용 기술'을 ㈜상보에 이전하기로 했다.

그래핀은 높은 전기 전도성과 전하 이동도 등으로 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불리며, 최근 관련 연구가 폭발적으로 늘어났다. KERI 이건웅 박사팀은 습식 공정 기반 화학적 흑연 박리법으로 고효율 그래핀을 대량 제조하는 나노 소재 제조 기술을 개발한 바 있다.
KERI가 세계 최초로 확보한 대면적 · 고품질 그래핀 고농도 분산, 페이스트 대량 제조 기술이다.
흑연에서 추출한 그래핀을 얇고 고르게 분산 · 유지시킨 고농도 용액과 페이스트 그리고 다공성 분말의 대량 제조를 통해 시계처럼 손목에 감거나 둘둘 말아 가방에 넣을 수 있는 컴퓨터 등 차세대 유연(Flexible) 전기 전자 · 에너지 소자 적용을 위한 인쇄 전자 공정에 접목할 수 있다.
연구팀은 먼저 2차원 나노 소재인 그래핀을 상업화하고자 탑다운Top down 방식의 흑연 박리법 기반 대량 그래핀 생산, 인쇄 전자 접목을 위한 습식 공정 기반 고농도 분산 용액, 페이스트 제조 기술을 확보했다. 그후 그래핀 · 탄소 나노튜브(CNT) 하이브리드 소재 기술 접목을 통해 고기능성 유연 투명 전극의 상용화에 적용 가능한 나노 융합 기술을 확보했다.
농도와 점도 조절이 쉬워 인쇄 전자용 잉크로 직접 활용할 수 있어 앞으로 소프트 일렉트로닉스의 구현을 위한 습식 공정 기반 인쇄 전자 공정 적용이 가능할 것으로 보인다. 나아가 대량 제조한 그래핀으로 각종 소자 응용 원천 기술을 선점해 세계 시장에서 그래핀 응용 분야의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대한다.

김상근 상보 대표와 김호용 전기연구원 원장과 기술 이전 조인식 참석자들

KERI의 그래핀 대량 제조 기술은 앞으로 투명 전극에 필수적으로 쓰이는 ITO(산화 인듐 주석)를 대체하는 탄소 나노 튜브 · 그래핀 혼성 투명 전극, 유연 디스플레이, 태양전지 등의 각종 유연 전극, 에너지 소자 전극 및 전자파 차폐 필름, 자동차 열선유리 등에 쓸 수 있는 투명 히터, 스마트 윈도우, 각종 센서 등에 다각적으로 활용할 수 있다.
KERI는 고품질 그래핀 대량 제조 및 탄소 나노 튜브와 그래핀의 융합을 통한 유연 소자 응용 기술을 탄소 나노 튜브 투명 필름의 양산 기술을 보유한 중견 전문 기업인 ㈜상보에 착수료 5억 원, 런팅 로열티 2.7%의 조건으로 기술 이전하기로 했다. 상보는 KERI로부터 지난 2008년 이전받은 탄소 나노 튜브 투명 전도성 필름 기술을 보완해 현재 스마트폰에 널리 사용하는 정전 용량 방식에도 적용한다는 계획이다. 이를 통해 앞으로 ITO를 대체하는 효과를 거두는 한편, 조기 상용화를 통해 관련 기술 분야를 선도할 것으로 기대한다.
해당 연구 결과는 지난해 2월 나노 기술 분야의 최신 원천 연구 성과를 다루는 유력 국제학술지 'ACS NANO'(Impact Factor=9.85)에 2편, 'Small'(Impact Factor=7.33)에 1편 등이 게재됐으며, 지난해 11월 산업기술연구회가 차세대 국가 먹을거리 창출을 위한 세계 제일의 원천 기술로 선정해 발표한 6개 '세계 1등 도전 과제'의 하나로 선정되기도 했다.
KERI와 상보는 이번 기술 이전과 상용화를 통해 앞으로 5년간 제조 원가(생산비용) 2,000억 원을 절감하고, 수입 대체 성과는 420만 달러에 달할 것으로 전망하고 있다. 특히 상보는 KERI로부터 이전받은 기술과 관련해 400억 원 이상 투자해 정전용량 방식 투명 전극 필름, 태양전지 · 연료전지, 플렉시블 디스플레이 전극 소재 등의 상용화를 통해 5년 내 매출 6,000억 원을 달성한다는 계획이다. 한편, 전기 기능성 나노 카본 소재인 그래핀 나노 기술과 관련된 세계 시장 규모는 2018년 약 24조 원(Standard resources, NanoMarkets 2010), 국내 시장 규모는 2015년 4조 원에 이를 전망이다.