ETRI, MIT 소자 이용한 시제품 개발

부도체가 금속체로 바뀌는 현상인 모트 금속-절연체 전이현상(MIT)을 뒷받침하는 시제품이 개발됐다. 이는 국내 연구팀이 MIT 원리를 이론화하고, 실험으로 확인한 지 1년여만에 거둔 성과다.

한국전자통신연구원(ETRI) IT융합부품연구소 김현탁 박사팀은 MIT 원리를 적용한 ‘휴대폰 배터리 부풀림 및 폭발 방지 소자’와 ‘프로그래머블 MIT-임계 온도 스위치 소자’를 개발하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

휴대폰 배터리 부풀림 및 폭발 방지소자는 휴대폰 배터리나 노트북 배터리에 부착할 경우 리튬이온 이차전지의 전압을 순간적으로 방전시켜 배터리의 부풀림 현상 및 폭발 현상을 막아준다. 오븐에 넣고 실험한 결과 정상전지는 177도에서 폭발했지만, MIT 소자가 부착된 전지는 210도에서도 폭발하지 않았다는 게 연구진의 설명이다.

현재 리튬이온전지에는 온도가 올라가면 전류가 흐르지 못하도록 도선을 차단하는 과전류방지소자(PTC)가 있지만,고온에서는 전하의 움직임이 불안정해 전지 내부의 압력을 상승시킴으로써 폭발의 원인이 됐다.

이번에 개발된 소자는 김현탁 박사가 확립한 ‘홀 드리븐(Hole driven) MIT 이론’, 즉 부도체에 미세한 전압이나 전류를 가해 작은 농도의 홀을 내면 갑자기 균형이 파괴되면서 전기가 흘러 금속이 되는 이론을 기반으로 만들어졌다.

또 프로그래머블 MIT-임계 온도 스위치 소자는 사용자가 임의로 온도 측정이나 제어가 필요한 곳에서 설정 온도를 자유롭게 가변할 수 있도록 한게 특징이다. 이 소자는 바나듐옥사이드(V02) 재료를 사용할 경우 68도 이하에서 동작이 가능하며 VO2 이외의 재료를 사용할 경우 -193∼-110도, 20∼150도까지 확장 가능하다.

고가의 의료기기를 비롯, 발효식품 제조회사, 포도주 제조, 난방시스템, 화재경보기, 모터제어 등 다양한 분야에 활용할 수 있다

는 게 연구진의 설명이다. ETRI는 현재 MIT 분야에서 총 24개의 특허를 출원중이며, 특히 MIT 현상을 이용한 소자들의 우선권을 확보하는데 주력하고 있다고 밝혔다.

이번에 개발된 휴대폰 배터리 부풀림 및 폭발방지용 소자는 직경 2인치 박막내에 총 5000개 이상을, 임계온도 스위치 소자는 1만6000개를 집적시킬 수 있다고 덧붙였다.

ETRI는 조만간 기술 이전을 통해 기업체와 공동으로 상용화를 추진할 방침이다. 김현탁 박사는 “시제품을 내놓기까지 수많은 검증 절차를 거쳤다”며 “상용화의 좋은 모델이 될 수 있도록 지속적인 연구개발을 추진하겠다”고 말했다.

한편, 모트 MIT 이론은 지난 49년 당시 영국 캠브리지 대학에 재직했던 모트 교수가 처음 주창한 것으로, 이론 설립 후 56년만인 지난해 김현탁 박사가 처음으로 실험으로 증명했으나, 국내 물리학계 학자들이 연구성과 내용이 과장됐다며 반발해 논란이 일었다.

대전=신선미기자@전자신문, smshin@