삼성전자가 리튬이온 배터리에 비해 충전용량은 늘고 충전시간은 크게 단촉 시키는 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다. 삼성전자가 이를 상용화한다면 배터리 시장의 판도를 완전히 바꿔놓을 것이라는 기대가 나오고 있다.

삼성전자 종합기술원이 기존 리튬이온 배터리와 비교해 충전용량은 45% 많고 충전속도는 5배나 빠른 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다고 27일 밝혔다. 아직 상용화 수준은 아니지만 리튬이온 배터리에서 종종 벌어지는 발화사건이 전자기업의 화두로 부상한 지금, 의미있는 성과라는 말이 나오고 있다.

삼성전자 종합기술원은 27일 차세대 배터리 소재 그래핀 볼의 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다. 물리 화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다.

지금까지 스마트 기기 배터리의 주류는 리튬이온이었다. 단말기가 점점 작아지며 많은 전력을 담을 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 그러나 1991년 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되어도 성능 개선은 한계 상황에 이르렀다는 평가가 지배적이다. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸린다.

삼성전자에 따르면 그래핀 볼 배터리로 리튬이온 배터리의 한계를 돌파할 수 있다. 기존 배터리는 고속충전 기술을 사용하더라도 완전충전에 1시간 가까이 걸렸지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있었다. 또 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 섭씨  60도까지 안정성을 유지할 수 있다는 설명이다.

나아가 삼성전자 종합기술원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾으며 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다. 상용화의 최종단계 중 하나인 비용 장애도 나름 해결이 가능하다는 뜻이다. 그래핀 볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔다는 설명이다.

이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 온라인에 <그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현>이라는 제목으로 게재됐으며 삼성전자 종합기술원은 그래핀 볼 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다.

논문 제 1저자인 삼성전자 종합기술원 손인혁 전문연구원은 “이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다”면서  “최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장 확대에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다"고 말했다.