휴대폰 5분이면 완충되는 신기술 국내개발

휴대전화 충전시간을 1/6로 줄이는 획기적인 충전기술이 개발되었습니다.

교육과학기술부의 신기술융합 성장동력사업 지원을 받고 있는 울산과학기술대 조재필 교수 연구팀이 휴대폰 충전시간을 기존보다 1/6로 단축할 수 있는 충·방전 기술을 개발하여 차세대 전지개발에 새로운 가능성을 열었습니다.

울산과학기술대 조재필 교수 연구팀
향후 5~10년 후 세계 기술시장 선점이 가능한 융합형 원천기술개발을 목표로 교과부가 추진하는 신기술융합형성장동력사업의 차세대전지기술 융합연구단(연구단장 : 조재필 교수)

연구단은 차세대 플랙서블 전지의 핵심인 구형 실리콘 나노 음극소재 분말을 뭉치는 현상 없이 입자의 크기를 자유롭게 조절이 가능하고 균일하게 합성할 수 있는 신기술 개발에 성공했습니다.

나노 음극소재
리튬이차전지의 음극은 리튬이온을 저장하여 방출하는 음극분말과 전류를 통하게 하는 집전체로 구성돤다. 나노 음극소재란 이 분말과 집전체를 각각 나노 분말(나노크기)과 나노크기로 일정한 홈이 파여진 형태로 구성된 것을 말한다. 

집전체의 일정한 패턴으로 파여진 나노크기의 홈에 카본 껍질로 둘러싸인 구형 형태의 실리콘 분말을 응집 없이 삽입이 가능해 고속 충방전과 고용량이 동시에 구현이 가능합니다. 

집전체 (CURRENT COLLECTOR)

전류를 모르는 장치로 일반적으로 이차전지 양극 또는 음극판의 뒤쪽에 붙인다. 현재는 구리 또는 알루미늄 포일을 사용하고 있으나 플렉서블 전지의 경우 전도성 고분자로 대체가 될 전망이다. 

전류를 모르는 장치로 일반적으로 이차전지 양극 또는 음극판의 뒤쪽에 붙인다. 현재는 구리 또는 알루미늄 포일을 사용하고 있으나 플렉서블 전지의 경우 전도성 고분자로 대체가 될 전망이다. 

입자의 크기도 5nm부터 20nm까지 다양한 크기로 조절이 가능하여 전지의 용도에 맞게 조절하여 사용할 수 있습니다. 

조재필 교수는 카본과 실리콘 전구체들을 녹인 용액을 고압, 고온에서 처리할 경우 나노실리콘 입자가 형성되면서 카본전구체가 자동 형성되어 입자끼리 응집을 방지하는 역할을 하며, 특히 카본 껍질층은 전기 전도성이 우수하여 빠른 시간내에 전자를 통하게 하는 장점을 가지고 있다고 밝혔습니다. 

카본전구체(CARBON PRECURSOR)
카본유기물을 포함한 물질로 이물질을 고온, 고압에서 열처리 시 전도성이 높은 카본으로 변한다. 

현재 상용화되고 있는 휴대폰의 경우 충전 시간이 3시간 정도이지만 이 기술을 적용할 경우 별도의 고속충전기가 없어도 30분 이내로 충전이 가능하면서 사용시간을 100%활용 할 수 있습니다. 

편의점등에서 휴대폰 고속충전 시 20~30분 정도 소요되지만 실제 사용시간은 일반 3시간 충전의 60%정도밖에 되지 않습니다. 그러나 이 신기술을 적용할 경우 5분 정도면 완전 충전이 가능하고 100%사용이 가능합니다. 

최근 이차전지는 휴대폰, 노트북PC, 이동형 디스플레이에 이르기 까지 응용 분야가 확대되어 시장규모가 급격히 증가함에 따라 모바일용 플렉서블 디스플레이 시장이 급부상하고 있으며, 전원공급 장치인 이차전지도 플렉서블 형태의 개발이 필수적입니다. 

플렉서블 전지는 박막형 고용량 소재 및 플랙서블 전극 집전체 제조 기술 확보가 필수적이며 나노기술과 접합을 통해 초고속 충전이 가능해야 한다. 이를 위해 플랙서블한 전지 집전체에 일정한 패턴으로 홈을 파고 이 홈에 고용량 실리콘 분말을 응집 없이 분산시키는 기술이 필수적입니다.

이번 연구결과는 응용화학의 권위지인 안게반테케미 국제판(Angew. Chem, Int. Ed.)에 속보판으로 2월 9일자(한국시간)에 게재되었으며, 연구단은 관련 기술 3건의 국내외 특허출원을 진행 중입니다.