미래대표에너지 그래핀, 중국이 선도하나
미래대표에너지 그래핀, 중국이 선도하나
  • 조강희 기자
  • 승인 2016.08.25 15:48
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

관련 특허건수 세계 1위…동부 연해지역 위주 산업클러스터 형성
▲ 세계 최초의 그래핀 리튬 전지인 ‘시왕(烯王, 사진)’이 뛰어난 성능을 선보이면서, 중국이 이 분야 선도 국가로 떠오를 가능성이 제기되고 있다.

최초 그래핀 리튬 전지 ‘시왕’ 선보이며 선점
휴대전지 4800mAh 기준 충전시간 15분 불과
정부 지원 뒷받침 속 시장규모 지속 증가
특허건수 46% 세계 1위…한국·미국 뒤이어

[한국에너지신문] 세계 최초의 그래핀 리튬 전지인 ‘시왕(烯王)’이 뛰어난 성능을 선보이면서, 중국이 이 분야 선도 국가로 떠오를 가능성이 제기되고 있다. ‘시왕’은 영하 30~80도의 환경에서도 작동할 정도로 제품 성능이 우수하며, 충전효율은 보통전지 대비 24배에 달해 3500회까지 충전할 수 있다.

세계 그래핀 시장은 2009년 이후 급속히 발전해 왔으며, 중국은 그 선두주자다. 현재 전 세계 200개가 넘는 기관에서 1000명이 넘는 연구원들이 그래핀 기술개발에 열을 올리고 있다.

중국 국영연구기관인 중국과학원 산하 닝보 소재 연구소에서 발표한 2015년 그래핀 전문기술 분석보고서에 따르면, 전 세계 그래핀 특허출원 건수는 2009년 이후 기하급수적으로 늘어나 2014년에는 5000여 건에 달한다. 2015년 기준, 전 세계 특허보유 건수는 중국이 전체 시장의 46%를 차지해 1위를 기록하고 있고, 뒤이어 한국, 미국 순이다.

에너지 특허출원 통계를 보면, 주요 영역은 리튬전지이며 슈퍼 커패시터, 태양에너지전지, 연산축전지, 연료전지 등이 있다.

그래핀은 단결정 박막과 다결정 박막으로 세분화할 수 있고, 물리 화학적 방법을 통해 흑연을 분쇄해 그래핀을 형성한다. 분쇄된 그래핀은 층과 형태에 따라 구체적인 응용 분야가 달라 다양한 산업에서 활용할 수 있다.

하지만 현재 그래핀 기술은 응용에만 머물고 있으며, 실험단계에서의 효과는 증명됐지만 제품 생산 및 상용화에 있어서는 지켜봐야 하는 상황이다.

현재 중국에서 그래핀을 연구하는 회사는 대부분 동부 연해지역 일대, 특히 장강삼각주 지역(长三角区域)에 위치해 있다. 다음으로 쓰촨성 분지 일대와 톈진(天津), 산시성(山西), 내몽골(内蒙古)에 조금씩 분포한다.

장강 삼각주 지역(长三角地区) 그래핀 산업 발전은 우월한 지리적 위치, 편리한 교통, 경제력과 큰 관련이 있다.

2015년 그래핀 전문기술 분석 보고서에 따르면, 우시시(无锡市)는 2015년 그래핀 관련 산업 규모가 약 50억 위안을 넘어섰으며, 2020년에는 300억 위안을 넘어설 전망이라고 밝혔다.

시왕(烯王) 휴대전지는 전력량 4800mAh 기준으로 일반 휴대전지와 차원이 다른 전지다. 충전 시간은 일반 전지가 300분에서 360분 정도인 데 비해 시왕은 13~15분이면 충분하다.

충전 가능 횟수는 일반 전지 500회의 7배에 달하는 3500회까지 가능하다. 작동 가능온도도 -30~-80도로 혹한기나 한냉한 지역에서도 운영할 수 있다.

그래핀은 영국 맨체스터 대학의 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수가 발견한 물질로, 그 공로를 인정받아 노벨물리학상을 수상했다. 원자 1개의 두께(100억분의 2m)를 가지면서 물리적, 화학적 안정성이 뛰어나고 늘리거나 휘어도 원형을 유지하며, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통한다.

더불어 실리콘에 비해 100배 이상 전자이동성이 빠르고, 같은 분자구조를 가진 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 뛰어나다. 강철보다 200배 이상 강하며 냉각이 빨라 그래핀 기기 내 발열 이상 문제가 발생하더라도 열을 잘 잡아주는 특징이 있다.

중국 정부는 신흥산업 지원의 일환으로 국가자연과학기금회를 통해 3억 위안이 넘는 금액을 그래핀 산업에 지원하고 있다. 중국그래핀산업기술창신전략연맹을 설립해 그래핀 기술개발, 표준전략, 특허개발 및 국제 협력 등 다양한 부서를 통해 그래핀 산업 발전을 위한 지원을 아끼지 않고 있다. 연맹은 그래핀 분야의 시장규모가 지속적으로 늘어날 것으로 예측했으며, 2020년에는 중국의 그래핀 산업 규모가 1000억 위안에 달할 것으로 전망하고 있다.

시진핑(习近平) 중국 국가주석과 런정페이(任正非) 화웨이(华为) 그룹 회장 등도 그래핀에 관심을 갖고 있는 것으로 알려져 관련 분야 투자는 늘어날 것으로 보인다. 화웨이는 영국의 맨체스터 대학과 그래핀의 응용법의 합작연구를 선언하고, 차세대 기술, 소모성 전자제품과 이동통신 관련 사업에 사용될 그래핀 분야 연구에 집중하고 있다.

그래핀 산업은 초기단계이긴 하지만 중국 정부의 적극적인 지원책과 물질 본연적 장점을 고려할 때 향후 발전 가능성이 매우 높다. 중국의 우시(无锡), 충칭(重庆), 난징(南京), 칭다오(青岛), 창저우(常州) 등 중국의 여러 도시에 이미 그래핀 산업 클러스터가 형성돼 있다.

친환경 차량, 디스플레이, 비행기 재료 등 여러 분야에 활용가치가 높아, 미래 대표 에너지로 부상할 가능성이 크다.

그래핀 기술을 사용한 휴대폰은 5초 만에 완충되며, 10일간 사용할 수 있다. 그래핀 전지는 10분 충전할 경우, 친환경차량 기준 1000㎞를 주행할 수 있다. 그래핀 재료가 규소를 대체한다면, 컴퓨터 처리속도가 지금보다 수백배는 빨라질 수 있다. 그래핀의 강도는 강철의 200배에 달해 초경량 비행기 재료로 사용할 수 있고, 튼튼한 방탄복도 제작할 수 있다.

하지만 현재 그래핀의 산업화는 초기단계이므로, 성숙한 산업사슬 형성과 시장규모 확대에는 많은 시간이 소요될 것으로 예측된다. 중국 그래핀의 응용 개발 및 관련 산업 기업들이 이미 50개가 넘지만 관련 제품의 양산과 판로개척에 어려움을 겪고 있다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.