삼성전자 종합기술원은 기존 리튬이온전지보다 충전 용량을 45% 향상시키며 동시에 충전 속도를 5배 이상 빠르게 만들 수 있는 배터리 소재 '그래핀 볼' 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막으로 물리·화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전용으로 이상적인 소재라는 평가를 받는다.
삼성전자 종합기술원은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 방법을 찾아냈다.
삼성전자 종합기술원에 따르면 기존 배터리는 고속 충전 기술을 사용하더라도 완전 충전에 1시간 가까이 걸리지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있다. 또 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60도까지 안정성을 유지할 수 있다.
삼성전자 종합기술원은 그래핀 볼 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개 특허를 출원했다. 이번 연구 성과는 과학 저널 네이처 커뮤니케이션즈 온라인에 '그래핀 볼을 이용한 고속 충전 및 고용량 리튬이온전지 구현'이라는 제목으로 게재됐다.
논문 제1 저자인 손인혁 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복한 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시키는 결과를 가져올 것이다"며 "최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다"고 말했다.