삼성전자, 5배 빨리 충전되는 배터리 만든다

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입력 2017.11.27 14:39:00

윤지원

차세대 배터리 소재 '그래핀 볼' 합성 성공…12분이면 완충 가능

▲삼성전자 종합기술원이 세계 최초로 합성에 성공한 차세대 배터리 소재 '그래핀볼'의 확대 이미지. (사진 = 삼성전자)

삼성전자가 12분 만에 완충 가능한 배터리를 만들 수 있는 원천 기술을 확보했다.

삼성전자는 삼성전자 종합기술원이 기존 리튬이온배터리보다 충전용량은 물론 충전속도까지 획기적으로 빠르게 만들 수 있는 배터리 소재 ‘그래핀 볼’ 개발에 성공했다고 27일 전했다.

그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막으로, 기존 리튬이온배터리가 모바일 기기와 전기차 등에서 널리 적용되며 시장이 성장하고 있음에도 용량 증가 및 충전 시간에 있어 성능 개선이 한계 상황에 따른 데 따른 대안으로 주목받는 차세대 소재다.

그래핀은 물리·화학적 안정도가 높으며 전도도가 높아 배터리 및 디스플레이 등에서 각광받는 신소재다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.

삼성전자 종합기술원은 이처럼 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가, 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 규명했다.

이 ‘그래핀 볼’을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔다.

'그래핀 볼'을 소재로 한 배터리는 충전 용량을 45% 향상시키고도 완전히 충전하는데 드는 시간은 12분이면 충분하다. 이는 기존 리튬이온배터리가 고속충전 기술을 사용하더라도 완전충전에 1시간 가까이 걸리는 것에 비해 5배나 빠른 속도다. 또한, 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60℃까지 안정성을 유지할 수 있다.

이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인에 '그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현'이라는 제목으로 게재됐다.

또한, 삼성전자 종합기술원은‘그래핀 볼’ 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다.

논문 제1저자인 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.

윤지원 yune.jiwon@gmail.com