종기원 '그래핀 볼' 소재 확보
충전시간 12분으로 획기적 단축
60도까지 고온안정성 유지 눈길
종기원 측은 기존 배터리는 고속충전 기술을 사용하더라도 완전 충전에 1시간 가까이 걸렸지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있다고 설명했다. 또 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60℃까지 안정성을 유지할 수 있다고 덧붙였다.
이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 네이처 커뮤니케이션즈 온라인에 '그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온 전지 구현'이라는 제목으로 게재됐다.
종기원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가, 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 규명했다. 이 그래핀 볼을 리튬이온 전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족하게 하는 결과가 나왔다.
그래핀이란 흑연에서 벗겨낸 탄소 원자막으로 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 배터리나 디스플레이 등에서 신소재로 주목받고 있다. 종기원은 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다.
이 논문의 제1 저자인 손인혁 종기원 전문연구원은 "이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온 전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다"고 말했다.
한편 이번 연구는 삼성SDI와 서울대학교 화학생물공학부 최장욱 교수팀이 공동 참여했다.
박정일기자 comja77@
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