사용시간을 두 배 더 연장할 수 있는 전자장치용 배터리http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=254751&cont_cd=GT

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-05

새로운 종류의 리튬이온 배터리(Lithium-ion battery)가 스마트폰이나 스마트워치와 같은 휴대용 전자제품의 사용시간을 최대 두 배까지 연장할 수 있을 것으로 기대된다. 지난 2012년 MIT에서 분리되어 회사로 설립된 SolidEnergy가 바로 이 새로운 배터리의 개발자이다. 지금까지 에너지 저장을 증대하는 방안은 일반 전극물질로 사용되는 그래파이트(Graphite)를 박막의 리튬-금속 포일(Lithium-metal Foil)로 대체하는 것이었다. 이를 통해 더 많은 리튬이온을 저장할 수 있게 된다. 배터리 제조회사들은 지난 몇 십년간 리튬-금속 전극을 활용하려 하였지만 제한된 성공만을 거뒀을 뿐이었다. SolidEnergy사는 이와 관련한 중요한 문제인 몇 번의 충전 후에 작동을 멈추거나 확 타오르는 현상을 해결한 것으로 보인다. 리튬 금속은 배터리 셀의 전해질과 반응하여 리튬이온을 가두는 혼합물을 형성하는 경향이 있다. 이는 전류 발생이 어려워지고 배터리에 저장할 수 있는 에너지의 양은 줄어드는 원인이 된다. 또한 이러한 반응은 금속 스파이크인 덴드라이트(Dendrite)를 만들어내며, 이는 가연성이 있는 전해질을 점화시킬 정도의 충분한 열을 발생하는 단락 현상을 유발하게 된다. 이에 대한 일반적인 해결방안은 액상의 전해질을 반응성이 낮고 단락을 예방하는 물리적 장벽의 역할을 할 수 있는 고체 전해질로 교체하는 것이었다. 그러나 고체 전해질은 액체 전해질 만큼 이온을 운반할 수 없기 때문에 배터리 성능이 낮아진다는 단점도 있다. SolidEnergy사가 제시하는 해결방안은 고체 및 액체 전해질을 모두 사용하는 것이다. 리튬-금속 포일에는 고체 전해질을 적용하였다. 여기서는 이온이 박막 물질을 통해 멀리까지 이동할 필요가 없기 때문에 비교적 느리게 움직여도 큰 문제가 되지 않는다. 일단 이온이 고체 전해질을 통해 이동하면 액체 전해질에 도달하게 되고 여기서는 상대 전극으로 향하는 경로를 제공하게 된다. 일반 액체 전해질과 다르게 여기서 사용된 전해질은 가연성이 없다. 그리고 리튬 금속이 반응하는 것을 막기 때문에 데덴드라이트 형성을 예방할 수 있다. 이러한 획기적인 배터리에 대해 이야기할 때 일부 주의를 요하는 부분도 있다. 몇 개의 고성능 시제품 제조에서 대량 생산으로 규모가 확대되면 많은 문제점이 나타날 수 있으며, 기존에 있었던 일부 획기적인 연구는 대량 생산을 실현하지 못한 경우도 있었다. 또한 SolidEnergy사의 배터리가 휴대용 전자장치에 좋을 수 있으나 전기자동차에서 작동할 만큼 충분한 충전 시간을 제공하지 못한다. 최근 몇 개월 동안 적어도 두 개 이상의 신생업체들이 다른 방법을 사용하지만 리튬-금속 전극을 통해 에너지 저장 용량을 두 배로 상승시킬 수 있다는 유사한 주장을 하고 있다. 그러나 SolidEnergy사의 기술은 다른 경쟁 업체의 접근방법과 달리 새로운 리튬이온 배터리 제조 설비를 요구하지 않기 때문에 뛰어나다고 할 수 있다. 또한 SolidEnergy사는 다른 시제품 배터리는 몇 번 정도만 충전할 수 있지만 자신들의 시제품은 초기 저장용량의 80%를 유지하면서 300회 충전이 가능하다고 말한다. 그리고 다른 리튬-금속 배터리가 높은 온도에서만 활용할 수 있어 실용화가 어려운 반면 이 배터리는 상온에서 작동할 수 있다는 장점도 있다. batteryx299.jpg http://www.technologyreview.com/news/534626/a-battery-for-electronics-that-lasts-twice-as-long/