2017.03.06

“리튬 이온을 넘어” 더 안전하고 오래 가는 고체 배터리 기술 등장

Mark Hachman | PCWorld
오늘날 수많은 디지털 디바이스에 사용되는 리튬 이온 배터리의 발명자 중 한 명이 차세대 배터리 기술을 발표했다. 새로운 고체 배터리(Solid-state Battery)는 리튬 이온 배터리보다 세 배 높은 전력 집적도를 제공하며, 안전성 역시 더 높다.

Credit: U. of Texas, Austin

페르미상 수상자로 리튬 이온 배터리의 양극을 구성하는 리튬 코발트 산화물을 발견한 텍사스 오스틴 대학교 존 굿이너프 교수는 마리아 헬레나 브라가 박사와 팀을 이뤄 고체 유리를 전해질로 사용하는 배터리를 개발했다. 하지만 이것이 최초의 고체 배터리는 아닌데, 지난 해 삼성과 MIT가 공조해 고체 배터리 기술을 소개한 바 있다.

연구팀은 고체 배터리가 안전성을 비롯한 여러 가지 문제를 해결할 수 있다고 설명했다. 지난 해 갤럭시 노트 7을 리콜해야만 했던 삼성의 경우도 발화의 원인은 배터리 결함인 것으로 알려져 있다.

갤럭시 노트 7을 포함한 여러 배터리 사고는 배터리 과열을 유발하는 회로의 합선이 원인으로 지목되는데, 이런 합선의 원인 중 하나는 ‘수상돌기(Dendrite)’라고 알려진 것으로, 배터리의 양극과 음극을 나누는 전해질 장벽을 침투하는 금속 돌기이다. 참고로 노트 7의 경우 수상돌기가 아니라 다른 제조 과정상의 결함이 원인인 것으로 공식 발표됐다. 연구팀은 새로운 고체 배터리에 사용하는 유리 전해질은 이런 수상돌기가 형성되는 것을 방지한다고 주장했다.

연구팀의 실험에 의하면, 고체 배터리는 전통적인 리튬 이온 배터리의 세 배 가까운 전력 집적도를 가진 것으로 나타났다. 이는 매우 중요한데, 이론적으로는 같은 크기에 세 배의 전력을 저장할 수 있기 때문이다. 연구팀은 고체 배터리가 저항이 낮아 충전과 방전을 1,200회 이상 할 수 있으며, 영하 20도에서도 작동한다고 주장했다.

아직 확인되지 않은 것은 방전된 후의 용량이다. 리튬 이온 배터리의 경우 250번의 완전 방전 후에는 용량이 73%까지 줄어드는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 나트륨으로 만든 유리 전해질이 오늘날 배터리에 사용되는 리튬보다 더 친환경적이라고 강조했다. 유리 전해질은 또 제조업체가 알칼리 금속을 양극과 음극 양쪽에 판이나 띠 형태로 사용할 수 있기 때문에 제조 공정도 단순화할 수 있다.

고체 배터리가 리튬 이온 배터리를 대체하기 위해서는 모든 조건을 만족해야 한다. 일반 소비자 관점에서 안전은 중요한 가치이지만, 만약 용량이 줄어든다고 하면 아무도 좋아하지 않을 것이다. 굿이너프 교수의 연구팀은 이 두 가지를 모두 구현한 것으로 보이며, 이를 통해 더디게 진행되는 배터리 개발이 한 단계 도약하기를 기대해 본다.  editor@itworld.co.kr


2017.03.06

“리튬 이온을 넘어” 더 안전하고 오래 가는 고체 배터리 기술 등장

Mark Hachman | PCWorld
오늘날 수많은 디지털 디바이스에 사용되는 리튬 이온 배터리의 발명자 중 한 명이 차세대 배터리 기술을 발표했다. 새로운 고체 배터리(Solid-state Battery)는 리튬 이온 배터리보다 세 배 높은 전력 집적도를 제공하며, 안전성 역시 더 높다.

Credit: U. of Texas, Austin

페르미상 수상자로 리튬 이온 배터리의 양극을 구성하는 리튬 코발트 산화물을 발견한 텍사스 오스틴 대학교 존 굿이너프 교수는 마리아 헬레나 브라가 박사와 팀을 이뤄 고체 유리를 전해질로 사용하는 배터리를 개발했다. 하지만 이것이 최초의 고체 배터리는 아닌데, 지난 해 삼성과 MIT가 공조해 고체 배터리 기술을 소개한 바 있다.

연구팀은 고체 배터리가 안전성을 비롯한 여러 가지 문제를 해결할 수 있다고 설명했다. 지난 해 갤럭시 노트 7을 리콜해야만 했던 삼성의 경우도 발화의 원인은 배터리 결함인 것으로 알려져 있다.

갤럭시 노트 7을 포함한 여러 배터리 사고는 배터리 과열을 유발하는 회로의 합선이 원인으로 지목되는데, 이런 합선의 원인 중 하나는 ‘수상돌기(Dendrite)’라고 알려진 것으로, 배터리의 양극과 음극을 나누는 전해질 장벽을 침투하는 금속 돌기이다. 참고로 노트 7의 경우 수상돌기가 아니라 다른 제조 과정상의 결함이 원인인 것으로 공식 발표됐다. 연구팀은 새로운 고체 배터리에 사용하는 유리 전해질은 이런 수상돌기가 형성되는 것을 방지한다고 주장했다.

연구팀의 실험에 의하면, 고체 배터리는 전통적인 리튬 이온 배터리의 세 배 가까운 전력 집적도를 가진 것으로 나타났다. 이는 매우 중요한데, 이론적으로는 같은 크기에 세 배의 전력을 저장할 수 있기 때문이다. 연구팀은 고체 배터리가 저항이 낮아 충전과 방전을 1,200회 이상 할 수 있으며, 영하 20도에서도 작동한다고 주장했다.

아직 확인되지 않은 것은 방전된 후의 용량이다. 리튬 이온 배터리의 경우 250번의 완전 방전 후에는 용량이 73%까지 줄어드는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 나트륨으로 만든 유리 전해질이 오늘날 배터리에 사용되는 리튬보다 더 친환경적이라고 강조했다. 유리 전해질은 또 제조업체가 알칼리 금속을 양극과 음극 양쪽에 판이나 띠 형태로 사용할 수 있기 때문에 제조 공정도 단순화할 수 있다.

고체 배터리가 리튬 이온 배터리를 대체하기 위해서는 모든 조건을 만족해야 한다. 일반 소비자 관점에서 안전은 중요한 가치이지만, 만약 용량이 줄어든다고 하면 아무도 좋아하지 않을 것이다. 굿이너프 교수의 연구팀은 이 두 가지를 모두 구현한 것으로 보이며, 이를 통해 더디게 진행되는 배터리 개발이 한 단계 도약하기를 기대해 본다.  editor@itworld.co.kr


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