1만 번 이상 충전해도 배터리 수명 그대로

국내 연구진이 1만 번 이상 충전해도 수명이 그대로인 배터리 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이 대학 EEWS(에너지·환경·물·자원 지속가능성) 대학원의 강정구, 김용훈 교수 공동 연구팀은 1만 번 이상 충전해도 수명이 그대로인 배터리 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

연구진은 3차원 그물 형상의 그래핀과 6 나노미터(㎚) 크기의 이산화티타늄 나노입자로 구성된 복합 구조체를 간편한 공정으로 제조했다.

현재 음극 배터리 물질로는 그래핀이 가장 많이 사용된다. 이 그래핀을 쉽게 만드는 방법은 용액 상에서 흑연을 분리하는 방법인데 이 과정에서 결함 및 표면의 불순물이 발생해 전기 전도성을 높이는 데 방해가 된다.

연구팀은 문제 해결을 위해 화학물질을 포함한 가스를 가열해 기판 위에 흡착시키는 화학기상증착법을 활용, 기존의 평평한 형태가 아닌 3차원 그물 형상의 그래핀을 제조했다. 그 위에 이산화티타늄 나노 입자 박막을 입혀 복합 구조체를 구현했다.

강정구 교수는 “일반적인 전극 구성물질인 유기 접착제와 전도성 재료를 사용하지 않음으로써 전극 제조 공정을 간소화했고 전기 전도성을 높였다”고 설명했다.

크기가 작은 나노 입자를 사용하기 때문에 표면부터 중심까지의 거리가 짧아, 짧은 시간 내에 결정 전체에 리튬을 삽입할 수 있어 빠른 충전 속도에서도 효율적인 에너지 저장이 가능하다. 연구진은 1분 이내에 130mAh/g의 용량을 완전히 충·방전하는데 성공했고, 이 과정에서 용량 손실 없이 1만 번 이상 작동함을 확인했다.

이번 연구 결과는 국제 과학 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’의 지난 5월 18일자 온라인 판에 게재됐다. 이번 연구는 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업, 한국연구재단의 도약사업과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨팅의 지원을 받아 수행됐다.

/조양준기자 mryesandno@sedaily.com