반영구적 배터리 나왔다

머리카락보다 수천 배 가는 나노와이어 이용해 20만 회 재충전에도 끄떡없어

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5000~7000회 재충전 후 성능이 크게 떨어지는 리튬이온 배터리의 약점을 “금 소재 나노와이어를 이용해 전력 손실을 막는 방법으로 극복했다”고 UCI의 화학자 레지날드 페너(사진)는 말했다.

UCI(캘리포니아대학 어바인 캠퍼스) 연구팀이 배터리 수명을 크게 늘려 교체할 필요가 없는 기술을 개발했다. 스마트폰부터 전기자동차까지 각종 제품에 사용되는 리튬이온 배터리는 5000~7000회 재충전 후 성능이 크게 떨어진다. UCI 연구팀은 사람 머리카락보다 수천 배 가느다란 나노와이어(지름 10억 분의 1m 수준의 극미세선)를 활용해 20만 회 재충전을 반복해도 성능이 떨어지지 않는 배터리를 개발했다. 사실상 교체할 필요가 없다는 의미다.

연구 논문의 대표 작성자인 레지날드 페너는 ‘포퓰라 사이언스’와의 인터뷰에서 “배터리를 오랫동안 재충전해도 수명이 유지된다는 사실을 알아냈다”며 “그 메커니즘을 아직 밝히지 못했다”고 말했다.

요즘 배터리는 거의 리튬을 이용한다. 리튬은 시간이 지나면 부식돼 배터리 충전이 안 된다. 이런 문제는 통상적으로 2년마다 신모델로 교체하는 스마트폰에선 큰 문제가 안 되지만 더 장기간 사용되는 노트북과 태블릿 PC에는 골칫거리다.

UCI의 박사 후보생 미아 레 타이는 금 소재 나노와이어를 이용해 전력 손실을 막는 방법으로 이 같은 문제를 극복했다. 산화망가니즈 외피로 나노와이어를 감싸고 고체 전해질로 보호했다. 금속산화물과 젤의 상호작용이 나노와이어의 부식을 막는다.

타이 연구원은 UCI 뉴스 웹사이트에서 “코팅된 전극은 형태가 훨씬 더 잘 유지돼 성능이 좋다”며 “이번 연구는 수명이 반영구적인 나노와이어 기반 배터리를 만들 수 있다는 가능성을 뒷받침한다”고 말했다.

이 같은 발전은 수명이 더 오래 가는 배터리의 개발을 향한 희망적인 한 걸음이지만 소량이라도 금을 사용하는 점이 상용화에 걸림돌로 작용할 가능성이 크다. 그러나 이 기술의 대중성이 입증된다면 니켈 같은 금속으로 대체할 수 있다고 페너 연구원은 말했다.

UCI 연구소는 앞으로 이 같은 기술을 토대로 완전한 기능을 갖춘 배터리의 개발에 착수하는 한편 이 기술의 작동방식과 원리를 더 탐구할 계획이다.

– 데이비드 길버트 아이비타임즈 기자