구리보다 100배, 실리콘보다 140배 이상 전자 이동 가능…이상적 충전 소재

삼성전자 종합기술원이 개발한 배터리 소재 '그래핀볼'. (사진=뉴스1)

[미래경제 김하은 기자] 삼성전자가 기존 리튬이온 전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서 충전 속도는 5배 이상 빠른 혁신적인 배터리 ‘그래핀볼’ 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

그래핀볼 배터리는 완전히 충전되는 데 12분밖에 걸리지 않으며, 이 기술은 5년 이내 휴대전화와 전기차 등에 적용될 것으로 보인다.

뿐만 아니라 삼성전자는 그래핀볼 관련 특허도 미국과 한국에 각각 2개씩 출원했다.

그래핀은 흑연에서 나노미터(nm) 단위로 벗겨낸 얇은 탄소 원자막으로, 물리·화학적 안정도가 높아 배터리와 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다. 

또한 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전용으로 이상적인 소재다.

삼성전자 종합기술원은 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 모양 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다.

그래핀볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전 용량이 늘고 충전시간이 기존 1시간에서 12분으로 단축됐다. 특히 전기차용 배터리에 요구되는 온도 기준인 60℃까지 안정성이 유지되기도 했다.

한편 이번 연구성과는 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인에 ‘그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현’이라는 제목으로 게재됐다.

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