그래핀의 열을 전기로 바꾸는 효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 국민대 이현정 교수 연구팀이 다공성 구조의 그래핀을 개발해 열을 전기에너지로 바꾸는 발전 효율을 1천200배 높이고, 2차원 구조의 한계도 극복했다고 2일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 탄소나노물질로, 가공 공정이 간단하고 전기 전도도가 높아 반도체 분야 '꿈의 신소재'라 불린다.

하지만 열전도도 또한 높아 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열전 성능지수가 낮다는 한계가 있다.

열 전도도를 낮추려면 그래핀 내 전자의 밀도를 떨어뜨려야 하는데, 전기 전도도도 함께 낮아지기 때문에 그래핀 내 전자의 농도를 조절하는 것이 중요하다.

이현정 교수팀은 고분자 콜로이드 입자(입자의 지름이 102나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 이하인 구 형태의 고분자 입자)를 이용해 공극(구멍)이 많은 다공성 구조의 그래핀을 개발했다.

다공성 구조에서 전자는 쉽게 전달되지만, 열은 공극 때문에 전달이 어렵다.

연구팀이 개발한 다공성 구조 그래핀의 열-전기에너지 발전 효율은 기존 그래핀에 비해 1천200배 높였다.

또 다공성 구조를 이용해 3차원에 가깝게 재현함으로써 그래핀과 같은 2차원 반도체가 웨어러블 기기에 적용될 때 성능이 떨어지는 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

온도의 차이를 이용해 전기를 생산하는 웨어러블 소형 발전기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단 기본연구사업과 선도연구센터지원사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 '미국화학회 응용재료 및 계면'(ACS Applied Materials & Interfaces) 지난 10월24일자 온라인판에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>