리튬 이온 배터리라는 물리적 한계 때문에 충전 시간이나 용량을 늘리는데 한계가 있는데 국내 연구진이 1분 만에 빠르게 충전될 수 있는 배터리 소자를 개발해 화제가 되고 있다.
카이스트 EEWS대학원 신소재공학과 강정구 교수와 강원대 재료공학전공 정형모 교수 공동연구팀은 다공성 금속 산화물 나노입자와 ‘꿈의 신소재’ 그래핀을 이용해 수 십 초 내에 완충(완전충전)이 가능한 배터리 소재를 개발하는데 성공했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최신호에 실렸다.
연구팀이 이번에 개발한 하이브리드 소자는 기존 리튬 이온배터리에 비해 100배 이상 빠른 출력 밀도를 갖고 있어 수 십초 내로 급속충전이 가능해 스마트폰을 비롯한 웨어러블 전자기기용 배터리는 물론 전기자동차에도 활용이 가능할 것으로 기대되고 있다.
현재 각종 전자기기에 쓰이는 리튬 이온 배터리는 넓은 전압 범위와 높은 에너지 밀도를 갖지만 특정 조건에서는 화재나 폭발의 가능성이 높다. 또 전기화학적 반응속도가 느려 충전에 오랜 시간이 걸린다는 한계가 있다.
연구팀은 다공성 금속 산화물 나노 입자가 뭉친 2~3㎚(나노미터) 크기의 나노 클러스터로 이뤄져 있으며 5㎚ 이하의 기공들이 만들어져 이온이 물질 표면으로 빠르게 전달되고 저장할 수 있도록 돼 있다.
강정구 교수는 “철과 망간 두 종류의 다공성 금속 산화물 전극이 가진 고용량 고출력 특성으로 급속 충전이 가능해 휴대폰, 전기자동차의 주 배터리로 쓰일 수 있을 뿐만 아니라 태양에너지의 전기전환 저장장치로도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
