▲ 삼성전자 연구팀이 그래핀 볼을 이용해 개발한 차세대 배터리 기술로 미래 4차산업 원동력을 확보했다(사진=삼성전자). © 팝콘뉴스

(팝콘뉴스=김수진 기자)10여분이면 핸드폰 배터리를 충전시킬 수 있는 기술이 국내 기술진에 의해 개발돼 그동안 한계에 직면해 있던 배터리 기술개발의 돌파구를 제시한 것으로 평가되고 있다.

삼성전자 종합기술원 손인혁ㆍ두석광 연구팀이 개발한 배터리 급충전 기술은 기존 리튬이온전지 보다 충전용량을 45% 향상시키고 충전 속도를 5배 이상 빠르게 충전할 수 있는 ‘그래핀 볼’ 소재를 이용한 기술이다.

연구팀에 따르면, 기존 배터리는 고속충전 기술을 사용하더라도 완전충전에 1시간 가까이 걸렸지만 ‘그래핀 볼’ 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있고 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60℃까지 안정성을 유지할 수 있다고 한다.

특히 이번 연구에는 삼성SDI와 서울대학교 화공생물공학부 최장욱 교수팀이 공동으로 참여했으며, 연구 결과가 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인에 ‘그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현’이라는 제하로 게재돼 세계적인 이목이 쏠리고 있다.

리튬이온전지는 지난 1991년에 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등 적용 대상이 확대됐지만 배터리 사용시간과 충전속도 개선 과제로 남아 있었지만 기술의 한계에 부딪혀왔기 때문이다.

연구팀은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 리튬이온전지에 적용하는 방법을 찾던 중 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성해 양극 보호막과 음극 소재로 활용하는 과정에서 이 같은 결과를 도출한 것이다.

삼성전자 종합기술원은 이와 관련해 ‘그래핀 볼’ 관련 기술을 미국과 한국에 특허를 출원한 것으로 알려졌다.

삼성전자 종합기술원 손인혁 전문연구원은 이번 연구에 대해 ”다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시킬 수 있었다”고 말했다.

한편 최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차, 드론 시장 확대에 맞춘 2차 전지 기술 확보는 미래 4차산업의 견인차 역할을 할 수 있는 원동력이 될 것이라는 기대가 앞선다.

※ 그래핀이란? 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막. 물리·화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있으며 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다.