▲ 그래핀 응용분야.

우리 주위에 흔한 원소인 탄소(C)에 대한 전세계적인 관심이 높아지고 있다. 지구온난화의 주범으로 지목된 이산화탄소(CO₂)를 없애기 위해 노력과 함께 신소재로 활용하기 위한 노력이 병행되고 있는 것이다.

탄소 기반의 신소재에선 단연 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀(graphene)이 주목을 받고 있다. CNT는 6각형으로 결합된 탄소원자들이 서로 연결돼 수~수십나노미터에 불과한 관 모양을 이루고 있는 것을 말한다. 그래핀은 탄소원자가 6각형으로 결합해 벌집 모양을 이룬 한 층짜리 박막이다. 2004년에 세계 최초로 흑연에서 ‘스카치테이프’를 이용해 분리하는데 성공했을 정도로 역사는 짧다.

그러나 그래핀은 구리보다 100배나 많은 전류를 보낼 수 있고 휘거나 비틀어도 부서지지 않는 성질이 있어 ‘꿈의 신소재’로 불리운다. 이에 초고속 반도체, 투명전극, 나노구조체, 태양전지, 플렉서블 디스플레이 등에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

IDT인터내셔널(대표 홍상진)은 바로 이러한 그래핀 원천소재를 양산하고 있는 기업이다. 그래핀을 생산하는 방법에는 물리적 박리, 화학적 박리, CVD증착 등이 있는데 회사는 화학적 박리(산화박리 방식) 방식을 택하고 있다.

회사는 흑연을 황산과 산화제를 이용해 산화반응 시켜 산화흑연(GO:그래핀 옥사이드)을 만드는 산화공정과 GO를 열팽창 환원을 통해 박리시켜 그래핀(rGO)을 생산하는 환원공정을 독자적인 기술로 울산에 구축했다.

이와 같은 일련의 공정 조합을 통해 회사는 다양한 종류와 뛰어난 품질을 가진 GO와 rGo를 대량으로 저렴한 가격에 생산할 수 있는 경쟁력을 확보했다.

GO는 CAKE, 슬러리, 분말형태로 제조가 가능하며 수요자가 원하는 대로 고분자나 섬유 등에 섞어 쓸 수 있는 장점이 있다. rGO는 GO가 가지지 못하는 전도성과 기계적 강도를 가지고 있으며 이차전지, 슈퍼캐퍼시터, 방열, 코팅, 고강도 복합소재로 널리 적용할 수 있다.
특히 회사의 그래핀은 건조 분말형태로 제품 특성 발현에 가장 중요한 분산을 매우 용이하게 할 수 있어 다양한 산업분야에 적용될 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이들 제품은 국내외 기업체 및 연구소·학교에 공급돼 그래핀 관련 제품 기술개발의 토대가 되고 있다.

산화·환원공정 독자기술 구축, 품질·가격 경쟁력 확보

로케트전기와 휘는 배터리 개발, 시장 확대 매진

그래핀이 적용될 것으로 예상되는 산업분야 중 회사가 가장 주목하고 있는 것은 이차전지 음극재 시장이다. 이차전지가 스마트폰, 노트북 등 소형가전에서 벗어나 전기자동차, ESS(에너지저장시스템) 등 중·대형에 적용이 확대되면서 기존 소재 대비 높은 효율의 신소재개발이 요구되고 있기 때문이다. 또한 제품의 플렉서블화 및 소형화에 따라 형태가 자유로운 소재 또한 필요한 상황이다.

이러한 산업계의 요구에 발맞춰 IDT인터내셔널은 국내 유명 배터리업체인 로케트전기와 휘어지는(플렉서블) 배터리 개발에 함께 나서고 있다. 이 배터리는 기존 제품 보다 충전시간이 단축되고 용량 및 효율이 높아지는 장점이 있다.

이밖에도 그래핀은 디스플레이, 태양전지 등에 쓰이는 투명전극 소재, 실리콘 반도체를 대체하는 차세대반도체 소자, 전자파·수분 등을 차단할 수 있는 소재생체친화형 바이오 전자소자 등으로 적용이 유망하다.

이를 위해 IDT인터내셔널은 올해부터 약 286억이 투입되는 산업통상자원부의 ‘그래핀 소재부품 개발사업(5세부과제)’에 참여하는 등 파트너들과 제품개발 및 시장 확대에 나서고 있다.

그래핀과 그 응용제품이 향후 인류와 산업계에 미칠 영향은 클 것으로 예상되지만 관련 그래핀 품질에 대한 표준도 없을 정도로 시장 초기 단계다. 기존 소재시장처럼 일부 선진국들에게 밀려나지 않기 위해선 원천소재 생산기술 확보가 무엇보다 중요한 시기다. 기술력을 바탕으로 세계 최고의 그래핀 전문회사로 성장하겠다는 비전을 제시한 IDT인터내셔널의 행보가 기대되는 이유다.

▲ 그래핀 투명전극 적용 제품.