리튬이온 배터리의 한계와 그래핀 배터리의 현황
[출처] 리튬이온 배터리의 한계와 그래핀 배터리의 현황
전자제품 발전의 혁신을 가져온 ‘리튬이온배터리’
리튬이온 배터리 원리는 1960년대에 제안되었지만 리튬의 반응성이 너무 크고 안정성 문제 해결이 어려워 실용화되지 못하다가 1991년 소니가 제품개발에 성공함으로써 상용화되기 시작하였습니다.
리튬이온 배터리는 일반적으로 리튬을 포함한 전이금속(transition elements) 산화물인 양극재와 탄소 재료(흑연을 상업적으로 가장 많이 사용)인 음극재, 전해질로 구성됩니다. 양극에는 리튬 코발트산화물(LiCoO2), 리튬철인산염(LiFePO4), 리튬 망간산화물(LiMn2O4), 스피넬 등이 쓰이며, 초기에는 이황화 타이타늄(TiS2)도 쓰였습니다.
리튬이온 배터리는 이후 음극이나 양극 소재의 한계로 인해 전지 구조 최적화를 바탕으로 한 용량 개선 중심으로 개발됐습니다. 하지만 용량 발전이 두 배 수준에 그쳐 모바일 기기와 전기자동차 시장 성장에 따른 대용량, 고밀도 전지 개발에 한계가 있었습니다.
차세대 기술 개발이 반드시 필요한 시점에서 이 문제를 해결할 수 있는 대용량, 고내구성 음극 소재를 개발 활발히 연구 하고 있는 가운데 그래핀이 이 모든 문제를 해결할 수 있는 가장 적합한 소재로 현재 많은 연구와 성과들이 나오고 있습니다.
그래핀을 이용한 하이브리드 슈퍼커패시터 개발
2015년도에 발표된 자료에 의하면 UCLA의 리차드 케이너가 이끄는 연구팀은 새로운 하이브리드 슈퍼커패시터를 개발했는데, 이것은 대량의 에너지를 저장할 수 있고 빠르게 충전할 수 있으며 10,000번의 사이클 이상 동안 작동할 수 있다고 합니다.
연구진은 인터뷰를 통하여 “이번 연구진이 개발한 마이크로슈퍼커패시터는 새로운 장치이고, 기존의 리튬 박막 마이크로배터리보다 훨씬 더 높은 용량을 가진 재충전할 수 있는 초소형 전원”이라고 El-Kady가 말했다. 이 새로운 장치는 레이저 가공된 그래핀과 이산화망간을 결합했다. 그래핀은 전하를 보유할 수 있고 높은 전도성을 가지며 매우 빠르게 재충전할 수 있다. 이산화망간은 많은 전하를 보유하고 저렴하며 지구상에 풍부하게 존재한다. 그들은 극한 온도를 필요로 하지 않고, 슈퍼커패시터를 생성하는데 고가의 “드라이 룸(dry room)”을 필요로 하지 않는다.”라고 말하였습니다. 연구는 저널 Proceedings of the National Academy of Sciences에 게재되었습니다.
