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152 검색 결과: 그래핀

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중국의 그래핀 연구개발 동향과 시사점

중국은 전 세계의 그래핀기술 및 산업을 선도하는 국가로 급부상 중에 있다. 중국의 그래핀 관련 학술논문 발표량과 발명특허 출원량은 각각 세계 1위이다. 2017년 기준, 그래핀 학술논문은 1만5,803편으로 전 세계 3만1,901편의 51% 이상 비중을, 특허출원량은 전 세계의 54.14% 비중을 차지하는 3만4,450건을 보유한다. 정부차원에서 다양한 R&D 프로그램을 통해 그래핀연구에 대한 지원도 강화 중이다. 신흥산업 지원의 일환으로, 국가자연과학기금을 통해 3억위안이 넘는 연구개발비용을 그래핀 기초연구사업에 투입하고 있다. 2013년에는 그래핀산업기술혁신전략연맹을 결성하여 그래핀 응용연구개발 및 산업화발전에 전폭적인 지원을 아끼지 않고 있다. 2020년에 중국의 그래핀산업규모가 1,000억위안에 달할 것으로 예측되고 있어 그래핀 동향파악에 대한 주시가 필요하다.
본문은 중국정부의 그래핀 육성정책과 학술논문, 발명특허 및 최신성과를 집중적으로 분석하였고 양국간 협력 시사점 도출을 시도하였다.
목차
Ⅰ. 배경
Ⅱ. 육성정책 현황
Ⅲ. 과학기술산출 : 논문, 특허, 성과
Ⅳ. 시사점
이미지출처: https://search.naver.com/search.naver?where=image&sm=tab_jum&query=%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80#imgId=cafe10149083%7C36%7C3448_1967775939&vType=rollout

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중국과학원, 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 제어 가능 접힘 구현

중국과학원 물리연구소 가오훙쥔(高鴻鈞) 연구팀은 최초로 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 제어가 가능한 접힘을 구현함과 아울러 신형 준3차원 그래핀 나노구조를 구축했다. 해당 구조는 2차원 회전 적층 이중층 그래핀 나노구조와 1차원 유사탄소나보튜브 구조로 구성되었다. 연구팀은 주사탐침(Scanning Probe) 조종기술을 통해 1) 그래핀 나노구조의 원자급 정밀 접힘 및 풀림, 2) 동일한 그래핀 구조에서의 임의 방향 반복 접힘, 3) 적층 각도를 정확하게 조절할 수 있는 회전 적층 이중층 그래핀 나노구조, 4) 준1차원 탄소나노튜브 나노구조 구축, 5) 쌍결정 그래핀 나노구조의 제어 가능한 접힘 및 헤테로접합 구축 등을 구현했다. 또한 주사터널링 분광법 및 제1원리 계산법을 응용하여 접힘 그래핀 나노구조의 정확한 원자구성 및 국소 전자상태 구조를 규명함과 아울러 그래핀 “나노 종이접기”를 통해 획득한 준1차원 나노튜브 헤테로접합이 서로 다른 에너지밴드 배열방식을 보유함을 발견했다.
해당 연구는 세계 최초로 원자급 정밀 제어, 수요에 따른 맞춤제작식 그래핀 접힘을 구현하였는데 이는 현재 세계 최소 사이즈의 그래핀 접힘이다. 상기 원자급 정밀 “종이접기”에 기반해 기타 신형 2차원 원자결정재료 및 복잡한 적층구조를 접을 수 있고 나아가 기능성 나노구조 및 양자디바이스(quantum device)를 제조해 그 신비한 물리현상을 밝힐 수 있다. 예를 들면 요술각 회전 적층 이중층 2차원 원자결정재료의 초전도성, 토폴로지 특성, 자성 등의 탐구 그리고 1차원 헤테로접합의 수송 성질 및 응용 등의 연구가 포함된다. 해당 연구는 양자재료 및 양자디바이스(기계) 구축에 중요한 과학·기술적 의미가 있다.

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고효율 정수 가능한 신형 그래핀 박막 개발

중국 우한대학 위안취안(袁荃) 연구팀과 미국 캘리포니아대학 로스앤젤레스캠퍼스 돤샹펑(段鑲鋒) 연구팀은 공동으로 물속의 염이온과 유기오염물을 고효율적으로 분리할 수 있는 초박형 고강도 박막을 개발했다. 그래핀 등 재료로 제조한 해당 박막은 물의 정화, 화학공업원료 분리정제 등 분야에 응용될 전망이다.
그래핀과 같은 원자 한층 두께의 2차원 재료는 초박 나노여과막 제조의 이상적인 재료이다. 하지만 단일 그래핀 박막은 파열 등 영향을 받는다. 따라서 우수한 기계적 강도와 대면적 무균열 성능을 보유한 그래핀 박막의 제조가 어려움으로 되고 있다.
연구팀은 기계적 성능이 우수한 다공성 구조 탄소나노튜브 박막을 그래핀 박막의 기계적 지지층으로 하여 그래핀 박막을 여러 개 미세영역으로 분할했다. 이로써 “워터큐브” 건축물 표면, 나무잎 또는 곤충 날개와 유사한 구조를 형성했다.
그래핀 박막 내부에 결함 및 균열이 존재하거나 또는 그래핀 박막이 외부 파괴를 입을 경우 탄소나노튜브 격자구조는 결함 확장을 저지해 결함을 국소 범위에 제한시킬 수 있다.
“그래핀 나노체(nanosieve)/탄소나노튜브 복합 박막”이라 불리는 해당 재료의 구멍 지름(약 0.6nm)은 물분자(약 0.3nm)보다 크고 일부 금속염 이온(수화나트륨 이온≈0.7nm) 보다 작기에 물분자와 염이온을 효과적으로 분리할 수 있다. 동 박막의 나트륨/칼륨/마그네슘 등 금속염 이온 분리율은 85% 이상이고 수용액속 유기오염물 분자 분리율은 99%에 달한다.
동 박막은 매우 높은 투수율을 보유하고 있다. 일정한 압력조건에서 1cm² 박막으로 매분 1ml 정제수를 획득할 수 있는데 이는 재래식 유사박막의 10~100배이다. 기계적 성능 면에서 동 박막은 휨 변형 상황에서도 구조 완전성, 투수율 등 특성을 유지할 수 있다.
해당 연구는 분리 분야에서 2차원 재료의 실제 응용의 한계성을 극복함으로써 고효율 선택적 분리의 서막을 열었다.

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베이징대, 그래핀 단결정 웨이퍼 규모화 제조 및 장비 개발 관련 성과

최근 베이징대학/베이징그래핀연구원 펑하이린(彭海琳) 연구팀과 베이징그래핀연구원 류중판(劉忠範) 연구팀은 공동으로 “에피택셜 기판 제조-그래핀 에피택셜 성장” 아이디어에 기반해 4인치 CuNi(111) 구리니켈합금 단결정 박막을 제조한 후 해당 박막을 성장 기판으로 4인치 그래핀 단결정 웨이퍼 초고속 제조를 달성했다. 또한 파트너와 협력해 그래핀 단결정 웨이퍼 대량 제조장비를 자체적으로 개발함과 아울러 1회 25장의 4인치 그래핀 단결정 웨이퍼 생산량을 달성했다. 해당 설비의 연간 생산능력은 10,000장에 달해 세계 최초로 그래핀 단결정 웨이퍼 규모화 제조를 달성했다. 해당 논문은 “Science Bulletin”에 온라인으로 게재되었다.
미래 첨단과학기술산업 경쟁을 주도할 전략적 신소재로 자리매김하는 그래핀은 응용범위가 광범위하다. 그래핀의 독특한 성능을 보유할 수 있는 까닭은 단일층 탄소원자 평면구조 때문이다. 그래핀은 지금까지 발견된 두께가 가장 얇고 강도가 가장 높으며 구조가 가장 치밀한 재료로 전기학, 광학, 열학, 화학 등 성능이 뛰어나다. 퍼펙트한 구조를 보유한 그래핀 박막은 미래 고성능 전자장치 및 광전자장치 제조에 있어 혁신적 재료가 될 전망이다.
화학기상증착법은 반도체산업에서 다양한 박막재료 증착에 가장 광범위하게 사용되는 기술로 대면적 고퀄리티 그래핀 박막재료 대량 제조에 있어 최선의 방법이다. 하지만 화학기상증착법으로 제조한 그래핀 박막에 흔히 결정립계, 주름, 점결함(point defect), 오염 등이 존재하는데 이는 그래핀 성능을 심각하게 저하시킨다. 따라서 쾌속 대량 생산이 가능하며 웨이퍼 제조 프로세스와 호환이 가능한 방식으로 고퀄리티 그래핀 단결정 웨이퍼를 제조하는 것은 전자급 그래핀 재료 규모화 응용의 핵심이다.
연구팀은 전단계 연구에서 구리(111)/사파이어 웨이퍼에서 그래핀 단결정을 에피택셜 성장시키는 방법을 제안했고 또한 세계 최초로 4인치 무주름 그래핀 단결정 웨이퍼 화학기상증착 제조를 구현했다(ACS Nano 2017 11,12337)
특히 이번 성과를 아래 세 가지로 귀납한다.
1) 그래핀 단결정 성장 기판 설계 및 선택 면에서 4인치 사파이어 웨이퍼를 기판으로 채택하고 마크네트론 스퍼터링 및 고체상태 에피택셜 재결정 방법을 사용해 500nm 두께의 CuNi(111) 단결정 박막을 제조했다. 동 방법은 계면 응력공학을 통해 사파이어에서 에피택셜의 면심입방결정구조 금속 단결정에 흔히 존재하는 쌍정(twin crystal) 문제를 양호하게 회피한다. 뿐만 아니라 니켈을 도입해 구리박막의 고온성 휘발로 발생하는 단차를 효과적으로 줄임으로써 4인치 범위에서 구리니켈 단결정 박막의 양호한 편평도를 확보했다. 동 방법은 다양한 성분비 CuNi 합금 단결정 기판의 효과적 획득이 가능해 응용공간을 확대시켰다.
2) 그래핀 단결정 웨이퍼 쾌속 에피택셜 성장 면에서 연구팀은 상압 화학기상증착 방법을 사용해 CuNi(111) 합금 단결정에서 그래핀 단결정 도메인의 에피택셜 성장, 방향성이 일치한 그래핀 단결정 도메인의 심리스 스플라이싱(seamless splicing)을 구현함으로써 4인치 그래핀 단결정 웨이퍼를 획득했다. 뿐만 아니라 동일한 성장조건에서 4인치 그래핀 단결정 웨이퍼의 성장시간을 10분으로 단축시켰는데 이는 Cu(111) 위에서의 그래핀 성장속도보다 50배 빠르다. 따라서 생산에너지소비는 대폭 줄이고 생산능력은 크게 향상시켰다. 심층적 메커니즘 연구 결과, 적은 함량의 Ni 성분(10%)은 탄소원의 분해 속도를 효과적으로 향상시켜 그래핀의 쾌속 성장을 도왔다. 뿐만 아니라 그래핀 성장은 여전히 표면반응 주도를 유지했고, 제조된 그래핀은 단일층이었으며, 주름 문제를 극복해 매우 편평했다.
3) 그래핀 단결정 웨이퍼 대량 제조장비 개발 면에서 연구팀은 파트너와 협력해 파일럿규모의 그래핀 단결정 웨이퍼 성장 장비를 자체적으로 설계·개발했다. 연구팀은 상압 화학기상증착의 기본원리에 기반하고 설비 온도범위, 기류강약, 급기방식, 챔버압력, 거치대 등에 대한 최적화를 통해 성장챔버 내부 온도장 및 흐름장을 균일적으로 조절했다. 성장 조건 최적화 후 1회 25장의 4인치 그래핀 단결정 웨이퍼 쾌속 성장을 달성했다. 연구팀이 제조한 그래핀 단결정 웨이퍼는 시트 간 및 시트 내 균일성이 양호했고 그 품질은 소형 성장시스템과 비슷했다. 해당 설비의 연간 최대생산능력은 10,000장에 달하며 6~8인치 그래핀 단결정 웨이퍼도 제조할 수 있다.
한마디로 동 방법은 전자급 그래핀 단결정 웨이퍼 대규모 생산에 실행 가능한 기술경로 및 장비기반을 마련했다.

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그래핀 에피택셜 심자외선 LED 관련 일련 성과

최근 중국과학원 반도체연구소 조명연구개발센터, 베이징대학 나노화학연구센터, 베이징그래핀연구원 등은 공동으로 그래핀/사파이어 신형 에피택셜 기판을 개발했다. 또한 플라스마 전처리로 그래핀을 개질해 AlN 박막 성장을 촉진시킴으로써 심자외선 LED를 구현하는 새 전략을 제안했다. DFT 계산 결과, 플라스마 전처리를 통해 그래핀에 도입된 피롤질소(Pyrrole nitrogen)는 AlN 박막의 핵생성 성장을 효과적으로 촉진할 수 있고 짧은 시간에 저응력 저전위밀도를 보유한 고품질 AlN 박막을 획득할 수 있다. 해당 심자외선 LED 소자는 양호한 장치성능을 나타냈다. 해당 성과는 “Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene”란 제목으로 “Advanced Materials”에 게재되었다.
뿐만 아니라 연구팀은 그래핀/NPSS 나노그래픽기판 에피택셜 AlN 성장모델을 제안했다. 연구팀은 그래핀 표면 금속원자 이동 증강 법칙을 이론적으로 계산함과 아울러 실험적으로 검증했다. 그래핀은 NPSS에서 AlN 합병시간을 3분의 2 단축시켰고 심자외선 LED 출력을 뚜렷하게 향상시켰는바 심자외선 광원이 그래핀 산업화의 돌파구가 될 전망이다. 해당 성과는 “Appl. Phys. Lett.”에 게재된 후 Featured article로 선정되었다. 또한 “New AlN film growth conditions enhance emission of deep ultraviolet LEDs”란 제목으로 “AIP Scilight”에 소개되었을 뿐만 아니라 “Compound Semiconductor” 저널 및 “Semiconductor Today”에 장편으로 게재되었다.
이외, 연구팀은 심자외선 발광장치에 존재하는 p형 도핑의 세계적 기술 난제를 해결하기 위해 결함 공진모드 p형 도핑이란 새 메커니즘을 제안했다. 동 방법은 에너지갭 조절에 기반해 고효율 억셉터 이온화율을 획득하는 동시에 높은 홀 이동도(hole mobility)를 유지하면서 0.16 Ω.cm의 p형 질화갈륨 전도율을 달성했다. 이로써 후속 심자외선 장치 투명전극의 그래핀 응용에 기반을 마련했다. 해당 성과는 “Semicond. Sci. Technol.”에 게재되었고 또한 동 학술지가 선정한 2018년도 청년과학자 최고 논문상을 수상했다.
심자외선 LED는 소독, 멸균, 인쇄, 통신 등 분야에 광범위하게 응용된다. 국제 “미나마타협약(Minamata convention on Mercury)”이 체결됨에 따라 심자외선 LED의 전면적 응용은 더 시급해졌다. 하지만 상업화 심자외선 LED의 10%도 안 되는 외부 양자 효율은 심자외선 LED의 응용을 크게 제한하고 있다. AlN 재료품질은 심자외선 LED의 핵심적 요소 중 하나이다. AlN 박막은 주로 금속유기화학기상증착(MOCVD) 방법을 통해 헤테로에피택셜을 c-사파이어, 6H-SiC 및 Si(111) 기판위에 성장시킨다. AlN과 기판 사이에 존재하는 큰 격자 불일치 및 열적 불일치로 인해 에피택셜층에는 큰 응력, 높은 전위밀도(Dislocation Density)가 존재하는데 이는 장치성능을 심각하게 떨어뜨린다. 뿐만 아니라 상기 기판의 AlN 전구체는 이동 퍼텐셜 장벽이 높고 침윤성이 좋지 않아 3차원 섬모양 성장 경향을 나타내는데 일정 두께에 도달해야만 융합되므로 시간비용을 증가시킨다.

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재활용 가능한 그래핀다이아몬드 하소로 개발

최근 차이나크리스탈신소재홀딩스는 최신 그래핀 중방식 도료(Heavy Anti-Corrosive Paint) 기술과 금속소재의 결합을 통해 중국 첫 재활용 가능한 그래핀다이아몬드 하소로를 성공적으로 개발했다. 동 하소로는 재래식 내화벽돌 하소로에 비해 하소시간을 3분의 1 절약함으로써 합성운모판의 질 및 합성 효율을 대폭 향상시킬 전망이다.
합성운모는 주로 화장품, 장식재료, 신에너지자동차 등 분야에 응용된다. 현재 세계적으로 흔히 사용하는 재래식 내화벽돌 하소로는 철성분 함유비가 높고 불순물이 많아 품질보장이 어렵다. 또한 출하 합성운모판에 대한 후처리 비용이 높다. 특히 기존의 내화벽돌 방식은 시간과 노력 소모가 많을 뿐더러 파손된 내화벽돌에 대한 고체폐기처리가 어렵다. 이 또한 중국의 환경보호 정책에 부합되지 않는 등 합성운모 산업의 발전은 심각한 제한을 받고 있다. 연구팀이 4년에 거쳐 개발한 그래핀다이아몬드 하소로는 기초재료, 설계, 공정기술 등에 이르는 일련의 핵심 난제를 해결했다. 해당 신형 그래핀다이아몬드 하소로의 최대 장점은 재래식 내화벽돌 하소로에 비해 3분의 1의 하소시간을 절약할 수 있다. 동 하소로는 55시간 만에 하소를 완료하기에 전기요금, 인건비 등에서 거의 1만 위안(한화로 약 169만 4,900 원)의 생산원가를 절감할 수 있다. 뿐만 아니라 원료 이용률이 95%에 달해 합성운모판의 질을 대폭 향상시켰다. 테스트 결과, 동 하소로에서 출하된 합성운모판은 불순물을 함유하지 않고 두께가 얇으며 유연성이 양호한 등 후처리 비용을 대폭 절감할 수 있다.
해당 성과는 세계적 합성운모 생산방식을 뒤바꿈과 아울러 중국 합성운모 산업의 고품질 발전을 촉진할 전망이다.

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톈진대학, 세계 최초로 단층 그래핀나노리본 제조

최근, 톈진(天津)대학 펑웨이(封偉) 연구팀은 플루오린 함유 자유 라디칼 절단 단일벽 탄소나노튜브를 통하여 세계 최초로 단층 그래핀 나노리본을 제조하였다. 이는 중국 과학자가 최초로 1단계법으로 제조한 단층 그래핀 나노리본으로서 일차전지의 양극재료로 사용할 경우 에너지 밀도를 수입제품에 비하여 30% 향상시킬 수 있다. 해당 기술은 최근 국제특허를 획득하였다.
플루오로카본은 지금까지 이론 에너지 밀도가 가장 높은 일차전지 고체상태 양극재료이다. 선진국은 고에너지 플루오로카본 제조 기술을 핵심 기술로 간주하고 있으며 기술수출 및 공개적 교류를 엄격히 금지하고 있다. 기존 중국의 플루오로카본 재료는 주로 국외 수입에 의존하였는데 이는 중국의 관련 분야 과학연구 및 산업발전을 심각하게 제한하였다.
그러나 자체 구조의 제한으로 수입제 플루오로카본 재료도 고에너지 밀도 및 고출력 밀도를 동시에 구현하지 못하는 등 단점이 존재한다. 2008년 연구팀은 고에너지 밀도 및 고출력 밀도를 동시에 구현할 수 있는 독특한 구조를 보유한 새로운 플루오로카본 재료를 개발할 것을 최초로 제안하였다. 10년간 연구를 통하여 기존의 그래핀 육원자 고리 구조 기반의 공유결합형 플루오린 카본 구조를 뒤집고 세계 최초로 고전압 및 고용량을 모두 보유한 구조의 플루오로카본 재료를 개발하였다. 실험실 테스트 결과, 해당 재료의 에너지 밀도는 국외 동종 제품에 비하여 30% 높은 2,738Wh/kg에 달하여 세계 선진 수준에 도달하였다. 또한 거대 방전전류 조건에서 안정하게 작동할 수 있다. 추산에 따르면 해당 재료의 원가를 수입 재료에 비하여 대폭 감소할 수 있다.

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세계 첫 그래핀 개질 아스팔트로 노면 준공

최근, 세계 첫 그래핀 첨가 합성고무 개질 아스팔트 포장 노면이 광시(廣西) 난닝대교에서 완공되어 그래핀이 노면에서 상업화 응용을 구현하였고 또한 그래핀 산업이 대량 제조에서 규모화 응용에로의 산업사슬을 마련하여 그래핀의 산업화 발전에 새로운 방향을 개척하였다.

2009년에 준공된 스틸박스 거더 구조의 난닝대교는 광시의 랜드마크(Land mark)이다. 스틸박스 거더교는 유연성이 크고 온도 감수성이 높으며 강판과 아스팔트 콘크리트층의 접착이 어려운 등 원인으로 대규모 교통량 및 대형, 초대형 차량의 작용으로 교량 노면에서 굽힙, 인장, 전단 및 온도 응력이 생성되며 따라서 균열, 바퀴자국, 변형, 층분리 등 파괴 현상이 발생하므로 노면 포장에 큰 어려움이 있다.

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中, 세계 그래핀 특허의 58% 보유

최근 국제그래핀제품인증센터(IGCC)에 따르면 중국은 현재 그래핀 연구 및 응용개발이 가장 활발한 국가로 부상하였다. 2017년 기준으로 중국이 보유한 그래핀 특허는 세계의 58%를 차지하였다.

IGCC는 중국 그래핀산업기술혁신전략연맹이 유럽 그래핀플랫폼기구 Phantoms Foundation 등을 연합해 설립한 인증기구이다. 제3자 인증기구인 IGCC는 세계 다양한 업종과 지역의 그래핀 원재료 및 응용제품에 한해 테스트, 검사, 인증 등 서비스를 제공한다. 인증을 통과한 그래핀 원재료와 응용제품은 국제그래핀제품인증센터로부터 “IGCC” 인증표식을 발급받는다.

탄소계 신소재인 그래핀은 광, 전기, 열, 역학 등 성능이 뛰어나 전자정보, 신소재, 신에너지, 바이오의약 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있기에 글로벌 신기술·신산업혁명의 핵심으로 부상하고 있다. 현재 세계 80여 개 국가가 그래핀 재료 연구개발에 착수하였는데 미국, 영국, 한국, 일본, 유럽 등은 그래핀 연구를 국가 전략적 차원에까지 격상시켰다. 이러한 형세에 맞추어 중국의 각 부처는 관련 정책을 잇따라 출범시켜 그래핀 산업 발전의 요구를 명확히 하였다.

2017년 말 기준으로 국가공상행정관리기관이 발급한 등록증의 업무영역에 그래핀 관련 업무를 포함시킨 기업이 4,800개에 달한다. 중국은 “13차 5개년 국가 과학기술 혁신계획”에서 그래핀 등 신소재의 산업발전 인솔 역할을 주문하였고 신소재 산업 발전에서 그래핀의 중요 지위를 인정하였다.

현재 그래핀 기술은 점차적으로 생활속에 응용되고 있다. 또한 그래핀은 일종의 신형소재로서 스마트도시 건설에서도 각광받고 있다. 단적인 사례로 둥쉬(东旭)광전이 개발한 그래핀 복합재료 LED 조명제품은 절전율을 20%에서 30%로 향상시켰고 광효율을 20% 이상 높였다. 이러한 신제품은 재래식 나트륨등(Sodium Lamp)에 비해 절전율을 80% 이상 높일 수 있어 베이징, 다칭(大庆), 후저우(湖州) 등 20개 도시에 응용되었다.

세계적 범위에서 그래핀 특허를 가장 많이 출원한 나라가 중국인데 총 2,200건을 초과해 세계의 3분의 1을 차지하였다. 또한 2017년 기준으로 중국이 획득한 그래핀 특허는 세계의 58%를 차지하였다.

중국 그래핀산업기술혁신전략연맹 산업연구센터가 완성한 “2017년 세계 그래핀산업 연구보고”는 2020년에 세계 그래핀 응용시장의 규모가 1,000억 위안(한화로 약 16조 7,740억 원)에 달할 전망인 가운데 중국이 주도적 지위를 확보할 것으로 전망하였다.

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저장대, 신형 알루미늄-그래핀 슈퍼배터리 개발

최근 저장(浙江)대학 가오차오(高超) 연구팀은 금속광택을 띤 짙은 회색박막 형태의 신형 알루미늄-그래판 전지를 개발하였다. 해당 전지는 몇 초만에 충전을 완료할 수 있고 25만 차례 순환 충방전 후에도 충족한 전기를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 내열성, 내동결성이 우수하며 또한 반복적인 굽힘에도 성능에 영향 받지 않는 등 장점을 보유하고 있어 광범위한 응용 전망이 있다.

해당 전지는 그래핀 박막과 금속 알루미늄을 각각 양극과 음극으로 사용하였다. 실험 결과, 그래핀 양극의 비용량(단위 무게 당 전지 용량)은 120mAh/g에 도달하였고 25만 차례 충방전 순환 후에도 91% 용량을 유지하였다. 또한 쾌속 충전 상황에서 1.1초 내에 충전을 완료하면서 111mAh/g의 가역 비용량을 보유하는 뛰어난 율속 성능(Rate Performance)을 가지고 있다.

해당 전지는 영하 40도에서 섭씨 120도의 환경에서도 작동할 수 있고 영하 30도 환경에서 1,000 차례 충방전 후에도 성능이 저하되지 않으며 100도 환경에서 4.5만 차례 안정적 순환이 가능하다. 또한 유연성 면에서 굽혀펴기 1만 차례 후에도 용량을 전부 유지할 수 있다. 뿐만 아니라 배터리 셀이 화염에 노출된 상황에서 연소하거나 폭발하지 않는다.

알루미늄-그래핀 슈퍼배터리의 율속 성능과 순환 수명은 기타 전지를 훨씬 초과하고 슈퍼커패시터와 비슷한 수준이며 에너지 밀도는 슈퍼커패시터에 비해 높다.