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삼성전자, 기존보다 충전속도 5배 빠른 배터리 신기술 확보

차세대 소재 그래핀 볼 활용한 매커니즘 발견

  • 기사입력 2017.11.27 12:03
  • 최종수정 2017.11.27 17:02
  • 기자명 박상우 기자
삼성전자가 기존보다 충전속도가 5배 빠른 배터리 신 기술을 확보했다.

[오토데일리 박상우 기자] 삼성전자가 기존 리튬이온전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서 충전속도를 5배 이상 빠르게 만들 수 있는 배터리 소재 그래핀 볼 개발에 성공했다.

27일 삼성전자는 자사의 종합기술원이 배터리의 성능을 향상시킬 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.

삼성전자 종합기술원은 삼성SDI와 서울대학교 화공생물공학부 최장욱 교수팀과 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가, 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다.

리튬이온전지는 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 이상 걸려 새로운 혁신 소재를 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있으며 이 중 그래핀이 차세대 소재 중 대표적으로 주목받고 있다.

그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막으로 물리.화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다. 

그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전용으로 이상적인 소재로 꼽힌다.

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

그래핀 볼 소재를 사용한 배터리의 충전용량은 기존 배터리보다 45% 향상됐다. 

충전용량이 늘어나면서 완전충전시간이 12분으로 대폭 줄었다. 여기에 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60 ℃까지 안정성을 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

삼성전자 종합기술원은 ‘그래핀 볼’ 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했으며 연구성과는 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인에 ‘그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현’이라는 제목으로 게재됐다.

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.

그래핀 볼의 확대 이미지
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