20초면 스마트폰 충전… KAIST, 리튬이온 배터리 소재 개발

1만번 충전해도 용량 손실 없어… 1년내 상용화 가능할 전망

20초면 스마트폰을 초고속으로 충전할 수 있는 원천기술이 개발됐다.

KAIST EEWS대학원 강정구 김용훈 교수팀은 빠른 속도로 충방전이 가능하면서도 1만 차례 이상 작동해도 용량 손실이 없는 리튬이온 배터리 음극 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

최근 스마트폰은 화면이 넓어지고 중앙처리장치(CPU) 성능이 좋아지면서 전력소모량이 늘어났다. 무게 때문에 배터리의 용량을 무한정 늘릴 수 없는 만큼 제조사는 이제 충전 속도를 높이는 기술로 눈을 돌리고 있다.

연구팀은 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 그래핀으로 3차원 그물을 만들었다. 여기에 6나노미터(nm·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 이산화티타늄 나노입자를 박막 형태로 입혔다. 그러자 3차원 그물 모양의 그래핀과 이산화티타늄 나노입자가 만드는 다양한 크기의 기공이 전해질의 접근성을 높이는 역할을 했다. 그 결과 이온의 접근이 쉬워지고 전자의 이동이 원활해졌다.

연구팀은 이렇게 만든 음극을 이용해 g당 130mAh의 용량을 1분 이내에 완전히 충방전하는 데 성공했다. 이 과정을 1만 차례 이상 반복해도 용량 손실이 없다는 사실을 함께 확인했다.

강 교수는 “20초 정도면 오늘날 사용하는 스마트폰 배터리 정도의 용량을 충전할 수 있다”며 “바로 실제로 응용하기에는 주변 기술 수준이 따라오지 못하는 상황이지만 연구개발 속도로 미뤄볼 때 1년 내 상용화가 가능할 것으로 보인다”고 말했다.

이번 연구 결과는 재료 분야 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스’ 5월 18일자에 실렸다.

이우상 동아사이언스 기자 idol@donga.com