스마트폰을 10분만에 최대 충전 가능한 배터리 기술이 개발됐다.
4일 니혼게이자이신문은 전자소재 전문업체인 가네카와 모리타 야스 아이치공업대학 교수팀이 100배 이상 빠르게 충전할 수 있는 리튬이온 배터리를 공동개발했다고 보도했다. 자체개발한 유기재료를 전극으로 사용해 스마트폰을 10분만에 완전 충전할 수 있을 전망이다. 휴대단말기나 웨어러블 기기, 전기자동차 용도로 쓰인다. 5년 이내 실용화할 계획이다.
이 배터리는 유기 분자와 탄소나노튜브를 혼합해 양극 재료로 사용했다. 전기 전도도가 높아 효율적으로 충·방전할 수 있다. 실험결과 1㎠ 코인셀 리튬이온 배터리는 36초만에 완충되며 5000회 충·방전해도 성능이 떨어지지 않았다. 휴대폰 배터리 크기라면 10분 정도만에 충전이 가능하며 대용량 배터리가 필요한 전기자동차에서도 충전 시간을 대폭 줄일 수 있다.
현재 리튬이온 전지는 양극에 희소금속인 코발트 산화물을 이용해 충전시간이 오래 걸린다. 또 대전류를 얻기 어려워 전기 자동차는 가속시에 대비해 전기를 모아두고 단번에 흘리는 커패시터라는 장치를 탑재해야 한다. 새로 개발된 전지는 대전류를 내보낼 수 있어 커패시터가 필요없다. 비용 절감과 가속 성능 향상으로 이어질 것으로 연구팀은 기대했다.
또 개발한 전극은 구부릴 수 있어 웨어러블 기기에 적합하다. 유기물 재료여서 구부리거나 펴도 끊어지지 않는다. 몸에 붙이는 생체센서 등 웨어러블 기기 용도로 사용할 수 있다. OLED 등 휘어지는 디스플레이는 이미 있지만 지금까지 구부릴 수 있는 배터리가 없어 용도가 한정됐다.
안전성도 높였다. 리튬이온 배터리는 충·방전시 발화할 수 있다. 에너지 저장밀도를 높이기 위해 많은 전극물질을 넣어야 하기 때문이다. 많은 재료를 넣으면 응력이 외부로 전해지면서 분리막을 뚫고 양극과 음극 물질이 만나 합선으로 불이 붙고, 내부 산소와 가연성 유기전해질이 반응해 급격히 연소해 폭발이 일어나는 사고가 종종 발생한다. 때문에 리튬이온 배터리는 자동차용으로 적합하지 않다. 신개발 배터리는 과충전이나 발화 가능성이 낮아 안전성도 높다. 향후 전기 자동차용 배터리로 사용될 수 있을 전망이다.
충전가능한 2차전지 시장은 사용처가 늘며 시장이 확대되고 있다. 일본 경제산업성은 2020년 충전 배터리 시장은 20조엔, 이 중 차량용 배터리는 8조엔에 달할 것으로 추정했다.
한편 구부릴 수 있는 플렉시블 배터리는 국내에서도 개발되고 있다. 삼성SDI는 자유자재로 휘어져 목걸이나 헤어밴드, 티셔츠 장식 등 다양한 형태로 적용이 가능한 스트라이프 배터리를 개발 중이다. 내·외장재 설계에 첨단 소재기술을 적용해 두께 0.3㎜ 초슬림 디자인을 구현했다. LG화학도 위아래로 완벽하게 접을 수 있는 15R 수준 구현이 가능한 손목 밴드형 와이어(Wire) 배터리를 개발하고 있다.
권상희기자 shkwon@etnews.com
