2배 이상 소형화 가능한 새로운 배터리 개발

― 기존 방법보다 훨씬 간편하고 안전성 향상 기법 개발 ― 고안정성/고용량 소형 배터리로 전자기기 소형화 기대

우리가 매일 편리하게 사용하는 스마트폰, 노트북 등 가지고 다니거나 움직일 수 있는 모든 전자제품에는 배터리가 장착 되어 있다. 특히 휴대가 용이하도록 전자기기의 크기가 점차 작아짐에 따라 소형 배터리에 대한 수요는 증가하고 있으며, 최근에는 전기자동차와 자전거 등 모빌리티로 확대되고 있다.

광주과학기술원(총장 김기선)은 엄광섭 신소재공학부 교수 팀과 정재한 홍익대학교 교수, 이정태 경희대학교 교수 공동 연구팀이 기존 리튬이온 배터리를 전기 저장 용량을 유지하 면서 2배 이상 소형화 가능한 새로운 리튬이온 기반 고용량 배터리를 개발했다고 지난달 13일 밝혔다.

이번 연구를 통해 개발된 리튬-셀레늄 배터리는 안정성 확 보를 기반으로 같은 전기 저장 용량 대비 2배 이상 소형화가 가능하므로 차세대 핸드폰, 노트북 등의 휴대용 전자기기에 이용되면 전자제품에서 배터리가 차지하는 공간이 2배 작아 질 것으로 기대된다.

현재 상용 리튬이온 배터리의 전극 재료로써 그라파이트 (음극)와 리튬금속산화물(양극)이 사용되고 있다. 두 재료 모두 에너지 저장 용량이 상대적으로 낮으며 현재 배터리 셀 제 조 기술로는 이론 용량에 거의 도달해 다양한 전자기기에서 활용 시 추가적인 전기 저장 용량이 필요한 한계에 도달하 였다. 이론 용량이란 리튬이온전지용 전극 물질이 가지는 고 유의 최대 리튬 저장량(=전하 저장량)으로 실험적으로 이보 다 높을 수는 없다. 예를 들어 그라파이트의 경우에는 탄소 원자 6개당 하나의 리튬 이온이 저장되는데, 이를 계산하면 837 mAh/cm 3 (부피당)이 된다.

연구팀은 셀레늄을 리튬 배터리의 양극 재료로, 리튬 금속 을 음극 재료로 사용하는 리튬-셀레늄 배터리를 이용하여 현재의 리튬이온 배터리에 비해 부피당 저장 용량을 약 2배 향상시켰다. 특히, 리튬-셀레늄 배터리는 셀레늄의 안정성이 낮아 급격하게 배터리 수명이 감소하는 현상이 있는데, 이러 한 원인이 리튬-셀레늄 배터리의 상용화의 큰 걸림돌이다. 따 라서 연구팀은 본 배터리의 용량을 유지하고 안정성, 즉 수명 을 향상시키는 방법에 집중하였다.

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