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다이아몬드 넣어 폭발 걱정 없앤 스마트폰 배터리

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다이아몬드 넣어 폭발 걱정 없앤 스마트폰 배터리

2017.08.25 18:00
삼성전자의 스마트폰 갤럭지노트7 폭발 모습. 폭발의 원인은 배터리로 밝혀졌다. - Flickr 제공
삼성전자의 스마트폰 갤럭지노트7 폭발 모습. 폭발의 원인은 배터리로 밝혀졌다. - Flickr 제공

한번 충전으로 더 오래 쓸 수 있는 고용량 배터리는 휴대용 전자기기의 성능을 평가하는 핵심 요소 중 하나다. 하지만 무턱대고 배터리 용량을 크게 만들었다간 폭발 위험이 높아진다.

 

유리 고고치 미국 드렉셀대 연구원팀은 중국 칭화대와 공동으로 용량은 대폭 늘리면서도, 폭발 걱정은 덜어 낸 새로운 배터리 제조 기술을 개발했다고 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 25일자에 발표했다.

 

휴대폰, 노트북 등 휴대용 전자기기에는 주로 ‘리튬이온 배터리’가 쓰인다. 수명이 길기 때문이다. 하지만 붕괴 및 화재 위험은 리튬이온 배터리의 큰 단점으로 꼽힌다.

 

리튬이온배터리는 전극 2개, 전하를 이동시키기 위한 전해질, 그리고 두 전극이 서로 닿지 않게 만드는 분리막으로 구성된다. 충전할 때엔 음극에서 양극으로, 사용할 땐 양극에서 음극으로 리튬이온이 이동한다. 하지만 이동 과정에서 전해질 내부에 불순물이 생기고, 불순물이 퇴적되면 분리막을 파손시켜 폭발을 일으킨다.

 

 

나노 다이아몬드로 코팅된 배터리용 전극의 모습. - (주)동아사이언스 제공
나노 다이아몬드로 코팅된 배터리용 전극의 모습. - 드렉셀대 제공

현재 상용화된 리튬이온 배터리는 축적물 형성을 줄이기 위해 양극엔 리튬전극을, 음극엔 흑연전극을 사용한다. 하지만 리튬-흑연 배터리는 순수 리튬이온 배터리에 비해 에너지 저장 용량이 10분의 1에 불과하다는 단점이 있다.

 

연구진은 다이아몬드 입자를 리튬이온 배터리의 전해질에 첨가하는 방식으로 폭발과 에너지 용량 문제를 모두 해결했다. 머리카락 두께의 1만 분의 1 정도인 입자 상태의 다이아몬드를 전해질에 넣으면 리튬과 다이아몬드의 높은 결합력 때문에 전극 표면이 다이아몬드로 얇게 코팅된다.

 

다이아몬드는 구조가 규칙적이기 때문에 코팅된 전극 표면은 균일해진다. 연구진은 이런 표면이 불순물 형성을 줄인다는 점을 확인했다. 배터리를 100번 충·방전하는 실험에서 불순물 형성이 현저히 감소했다.

 

고고치 연구원은 “불순물 형성을 100% 방지하는 기술은 아니지만, 적어도 형성 속도를 늦춰 배터리를 폭발 없이 더 오래 사용할 수 있게 하는 것”이라며 “휴대폰이나 노트북 배터리로 사용하기까진 아직 더 성능개선을 거쳐야 한다”고 말했다.

 

지난 해 삼성전자는 신형 스마트폰 갤럭시노트7의 배터리 폭발 문제로 곤욕을 치렀다. 당시 삼성은 배터리 제조사가 고용량 배터리를 제작하기 위해 새로운 공법을 시도한 결과라는 분석 결과를 내놨다. 내달 판매에 들어가는 후속작 갤럭시노트8은 배터리 용량을 5.7% 가량 줄인 상태로 출시됐다.

 

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