휴대전화 배터리 용량 5배로 늘렸다

KAIST 김도경-최장욱 교수팀 세계 첫 고효율 리튬황 전지 개발

휴대전화 배터리 사용 시간을 5배 이상으로 늘릴 수 있는 미래형 배터리 제조 기술을 국내 연구진이 개발했다.

KAIST 신소재공학과 김도경 교수(54)와 KAIST EEWS(Energy, Environment, Water and Sustainability·지속가능한 에너지환경수자원)대학원 최장욱 교수(39)는 3일 기존 리튬이온 배터리보다 효율이 좋은 ‘리튬황 배터리’를 개발했다고 밝혔다.

KAIST 연구팀이 개발한 리튬황 배터리(무게 1kg, 출력 387W 기준)를 완전히 충전하면 5시간 24분을 사용할 수 있다. 휴대전화에 쓰이는 리튬이온 배터리에도 같은 기준을 적용하면 1시간만 쓸 수 있는 만큼 리튬황 배터리의 사용 시간이 5.4배 길다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 배터리 효율을 높이기 위해 75nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 굵기에 길이 15μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m)의 가느다란 황 나노와이어를 만들어 전극 재료로 사용했다.

또 충전과 방전을 반복하면 전기 저장 용량이 급격히 줄어드는 문제도 해결했다. 황 나노와이어 표면에 탄소를 코팅해 배터리 내부에서 황이 녹는 것을 방지한 결과 300차례 충전과 방전 뒤에 초기 용량의 99.2%, 1000회의 충전과 방전 후에도 70% 이상 용량을 유지했다. 휴대전화를 매일 한 번씩 충전해도 3년 이상 문제없이 쓸 수 있다는 뜻이다.

김도경 교수는 “휴대용 전자기기의 배터리 사용시간을 크게 늘릴 수 있는 것은 물론이고 전기자동차나 무인비행기의 동력원으로도 사용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 3일자 표지논문으로 게재됐다.

대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com