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휴대전화 충전시간을 6분의 1로 줄이는 획기적인 충전기술이 개발되었다.
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| ▲ 연구책임자 조재필 울산과학기술대 교수 | 교육과학기술부(장관 안병만)는 울산과학기술대 조재필 교수 연구팀이 휴대폰 충전시간을 기존의 6분의 1 수준으로 단축할 수 있는 차세대 충·방전 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 조 교수는 향후 세계 기술시장 선점이 가능한 융합형 원천기술을 지원하는 ‘차세대 전지기술 융합연구단’을 이끌고 있다.
저장용량과 충·방전 속도 모두 높이는 신기술
연구팀이 개발한 신기술은 차세대 플렉서블(flexible) 전지의 핵심인 ‘실리콘 나노음극소재 분말’의 크기를 자유롭게 조절하여 뭉침 없이 균일하게 합성하는 기술이다. 전기를 모으는 집전체에 일정한 패턴으로 나노크기의 홈을 파고, 카본 껍질로 둘러싸인 공 모양의실리콘 분말을 응집 없이 삽입하는 것이다. ‘플렉서블 전지’는 휘거나 구부릴 수 있는 전지를 뜻한다.
이로써 저장용량을 높는 동시에 충·방전 속도를 향상시킬 수 있었고, 입자의 크기도 5~20nm(나노미터) 등 다양한 크기로 조절이 가능해 용도에 맞게 전지를 제작할 수 있다.
리튬 2차전지의 음극(-)은 리튬이온(Li-ion)을 저장했다 방출하는 음극분말, 그리고 전류를 통하게 하는 집전체로 구성돤다. 나노음극소재는 이 분말과 집전체를 나노크기로 배열해서 제작한다.
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| ▲ 실리콘 나노입자가 삽입된 집전체 |
조 교수는 “고압, 고온 상태에서 제조할 경우, 나노실리콘 입자가 형성되면서 카본 전구체(carbon precursor)가 저절로 형성되어 입자끼리 응집을 방지한다”며, “특히 카본 껍질층은 전기 전도성이 우수해 빠른 시간 내에 전자를 통하게 할 수 있다”고 설명했다.
5분이면 휴대폰 완전충전 가능해
현재 휴대폰을 완전히 충전하는 데에는 3시간 정도가 소요되며, 편의점 등의 고속충전기를 사용해도 20~30분이 걸린다. 그러나 이번 기술을 적용할 경우 별도의 고속충전기 없이도 30분 이내로 충전이 가능하다. 고속충전기로는 5분이면 완전히 충전할 수 있다.
충전이 가능한 2차전지는 최근 휴대폰, 노트북PC, 이동형 디스플레이에 이르기까지 응용 분야가 급격히 확대되고 있으며, 시장규모도 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 모바일 기기에 쓰이는 플렉서블 디스플레이(Flexible Display) 시장이 급부상하고 있는 실정이다. 전원공급 장치인 2차전지도 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블 형태로 개발하는 것이 필수적이다.
플렉서블 전지 제작을 위해서는 나노기술을 접합시켜 초고속 충전을 가능하게 만드는 작업이 필수적이다. 따라서 플렉서블한 전지 집전체에 일정한 패턴으로 홈을 파고 고용량 실리콘 분말을 응집 없이 분산시키는 이번 기술이 관련기술 도약에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 응용화학분야 권위지 ‘앙게반테케미(Angewandte Chemie)’ 국제판에 9일자(한국시간) 속보로 게재되었으며, 차세대 전지기술 융합연구단은 관련기술 3건의 국내외 특허 출원을 진행 중이다.
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저작권자 2010.02.10 ⓒ ScienceTimes
