서울대학교 공과대학(학장 차국헌)은 화학생물공학부 최장욱 교수팀이 기존 리튬이온 전지보다 충전 용량은 45% 향상시키면서 충전 속도를 5배 이상 빠르게 만들 수 있는 배터리 소재 '그래핀 볼' 개발에 성공했다고 29일 밝혔다.
기존 리튬이온 전지는 고속충전 기술을 사용해도 완전히 충전하는 데 1시간 가까이 걸렸지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전 충전이 가능하다. 또 전기차용 배터리에 요구되는 온도 기준인 60도까지 안정성을 유지할 수 있다.
그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전에 이상적 소재로 꼽힌다.
연구팀은 그래핀을 배터리에 적용할 방법을 찾다가 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 규명했다.
이 그래핀 볼을 리튬이온 전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용한 결과, 충전 용량이 늘고 충전 시간은 단축되면서 고온 안전성까지 확보할 수 있는 것으로 나타난 것.
리튬이온 전지는 1991년 처음 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되고 있다. 하지만 용량 증가나 충전 시간 단축 등 성능 개선은 한계에 이른 상황이다. 그래핀은 이러한 한계를 해결하고 전지의 성능을 끌어올릴 혁신적 소재로 주목받고 있다.
이번 연구는 최 교수 연구팀이 삼성전자 종합기술원, 삼성 SDI와 함께 공동으로 진행했다.
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