이현정 교수(국민대) 연구팀이 ‘다공성 구조의 환원된 산화그래핀 필름’을 새롭게 개발해 열을 전기로 바꾸는 에너지의 발전효율을 약 1,200배 증가시키고, 2차원 구조 에너지전달체의 한계를 벗어났다.

탄소원자로 이루어진 그래핀은 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로 전기전도도가 매우 우수하며, 밀도가 작고 쉬운 추출과 가공공정이 가능해 ‘꿈의 소재’로 불린다.

하지만 그래핀은 전기전도도가 우수한 만큼 열전도도도 높아 열전 성능지수(ZT)가 낮은데 ZT를 높이기 위해서는 높은 전기전도도를 가지면서 낮은 열전도도를 가져야 한다.

열전도도를 낮추기 위해서는 재료 내 전자의 밀도를 낮춰야 하는데 전자의 밀도를 떨어뜨리면 전기전도도도 동시에 떨어져 소자성능 향상과는 멀어진다.

특히 유기재료의 전기전도도를 높이면서 열전도도를 떨어뜨리는 기술은 제한적이다.

이현정 교수팀은 ZT성능을 높이기 위해 산화그래핀과 고분자콜로이드 입자를 이용해 다공성 구조의 그래핀 필름을 개발하고, 열-에너지 전환 발전효율이 약 1,200배 증가했음을 ZT를 통해 확인했다.

이 교수팀은 공극을 이용해 그래핀의 3차원적 전자전달 구조와 가깝게 변형시켰는데 이는 다양한 물리적 방향을 갖는 웨어러블 디바이스 등에 활용이 용이하다.

이현정 교수는 “다공성 구조의 그래핀 필름은 효율적인 열전도도의 감소로 열전성능을 향상시켰으며, 공정과정도 열처리로 간편화해 웨어러블 디바이스 에너지소자 등으로 폭넓은 응용이 용이해졌다”며, “해당재료를 이용해 향후 웨어러블 소형발전기 제작을 목표로 추진하고 있다”고 밝혔다.