(시사캐스트, SISACAST= 김보민 기자)
삼성전자가 스마트폰 등에 쓰이는 배터리의 에너지 효율을 높이고 친환경적인 소재로 만든 배터리 기술을 개발하는데 성공했다.
삼성전자 종합기술원은 29일 기존 리튬이온 전지보다 충전 용량은 45%크고 충전 속도는 다섯 배가량 빠른 배터리를 제작할 수 있는 ‘그래핀 볼’을 개발 했다고 발표했다.
이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인에 '그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현'이라는 제목으로 게재됐다.
나노 신소재인 그래핀을 배터리에 적용하는 기술을 개발한 것은 이번이 처음이다. 그래핀은 실리콘보다 140배 정도 전기를 빨리 가동시킨다. 배터리 충전 속도가 빨라지고 충전 용량이 늘어나는 이유다.
기존 배터리는 고속충전 기술을 사용해도 완전히 충전하는데 한 시간 가까이 걸렸지만 그래핀 볼 소재를 활용한 배터리는 12분이면 완전 충전할 수 있다. 자동차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60도까지 안전성이 유지된다.
리튬이온 배터리의 주 소재인 리튬은 음극으로 사용하면 충전과 방전 과정에서 원래 형태가 훼손돼 오래 사용하지 못한다.
리튬이온 전지는 1991년에 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되며 시장이 성장하고 있으나 성능 개선은 한계 상황에 이르렀다. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸린다. 이에 새로운 혁신 소재를 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있으며, 그래핀이 차세대 소재 중 대표적으로 주목받고 있다.
그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자만으로 물리, 화학 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다. 또 구리보다 100배 이상 전기를 빠르게 이동시킬 수 있어 이상적인 소재로 꼽힌다.
이에 종합기술원 연구원들은 그래핀의 적용 방법을 연구하다 그래핀을 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 합성하는 기술을 개발했다. 그래핀을 리튬이온 배터리의 음극 형태로 가공할 수 있게 된 것이다.
삼성전자 관계자는 “산소와 규소를 화학적으로 결합한 실리카를 통해 저렴한 비용으로 그래핀을 가공할 수 있게 됐다”며 전기차는 물론 스마트폰 등에도 적용할 수 있을 것“이라고 설명했다.
업계에서는 이 기술이 5년 이내에 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.
이번 연구에는 삼성SDI와 서울대학교 화공생물공학부 최장욱 교수팀이 공동으로 참여했다.
한편 배터리 에너지 효율은 친환경적 기술 요소 중 하나다. 삼성전자는 올해 초 출시한 갤럭시S8에 고속충전 지원, 대기전력 최소화, 충전효율 86% 등의 기술을 적용했다.
고효율 저부하 충전으로 탄소 배출량을 줄였다. 스마트폰의 필수 앱만 실행해 배터리 사용 시간을 대폭 늘리는 초절전 모드와 적은 전력으로도 원활하게 멀티 태스킹을 할 수 있는 10나노 프로세서로 스마트폰 사용 시간을 늘리고 에너지를 절약했다.
이에 갤럭시S8은 친환경 성과를 인정받아 각종 인증도 획득했다.
[사진출처=뉴시스]
