엔카매거진

삼성전자가 기존 대비 충전용량은 크고 충전속도는 5배 이상 빠른 차세대 리튬이온 배터리 원천기술을 확보했다. 이 배터리는 모바일 기기는 물론 전기차 배터리로도 활용될 수 있어 전기차 시장의 패러다임을 바꿀 수 있을 지 주목받고 있다.

삼성전자 종합기술원 손인혁·두석광 연구팀은 기존 리튬이온 배터리보다 충전용량은 45% 크고, 충전 시간은 1/5에 불과한 배터리 소재 '그래핀 볼' 개발에 성공했다. 그래핀은 흑연에서 벗셔낸 얇은 탄소 원자막으로, 강도와 전도도가 높아 배터리·디스플레이 분야에서 신소재로 각광받고 있다.

이들은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가, 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 팝콘같은 입체 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 규명했다.

이 '그래핀 볼'을 리튬이온 배터리의 양극 보호막과 음극 소재로 활용하면 충전 용량이 늘어나고 충전시간이 단축되는 건 물론, 고온 안정성도 확보돼 상용화가 가능하다는 연구결과다. 성능 개선은 물론 생산비용도 저렴하다는 점이 특징이다.

그래핀 볼 배터리를 사용하면 기존에 완충에 1시간이 소요됐던 리튬이온 배터리를 12분 만에 충전할 수 있고, 전기차용 배터리의 안전성을 위한 요구 온도 기준 섭씨 60도까지도 안정성을 유지한다.

특히 이번 연구 결과를 통해 삼성전자는 자사의 모바일 기기 사업은 물론 전기차용 배터리 분야에서도 크게 앞서 나갈 수 있을 것으로 기대된다. 현재 글로벌 시장의 전기차 대다수가 리튬이온 배터리를 사용하고 있을 뿐더러 충전시간 단축과 용량 확대를 위해 막대한 투자를 아끼지 않고 있다.

가령 현재 80% 급속충전에 40~50분이 소요되는 전기차에 그래핀 볼 배터리를 도입하면 80% 충전 시간이 8~10분으로 획기적으로 단축된다.

이러한 연구성과는 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인에 <그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현>이라는 제목으로 게재됐으며, 삼성전자 종합기술원은 그래핀 볼 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개 특허를 출원했다.

논문 제 1저자인 삼성전자 종합기술원 손인혁 전문연구원은 “이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다”며 “최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장 확대에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다"고 말했다.

이번 연구에는 삼성SDI와 서울대학교 화공생물공학부 최장욱 교수팀이 공동으로 참여 했다.

이재욱 객원기자 siegussr@encarmagazine.com