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“급속 충·방전이 배터리 수명 단축 시키는 것 아냐”

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2014년 09월 15일 18:00 프린트하기

급속 충·방전이 배터리 수명을 단축시킨다는 상식이 사실이 아닌 것으로 밝혀졌다.

 

삼성종합기술원 미국 연구소와 미국 스탠퍼드대와 매사추세츠공대(MIT) 공동 연구진은 배터리를 급속 충전하거나 방전한다고 해서 배터리 수명이 단축되지는 않는다는 사실을 밝혀내 ‘네이처 머티리얼스’ 14일자에 발표했다.


배터리의 수명은 양극(兩極) 사이에서 이온을 흡수하고 방출하는 동안 전극이 부풀고 수축하기를 반복하는 현상과 관련된 것으로 알려져 있다. 하지만 실제로 배터리를 충전하고 사용하는 과정에서 전극에 어떤 변화가 일어나는 지는 정확하게 알려지지 않았다.

 

 

연구진이 실험에 이용한 동전 모양 배터리. 검은색 둥근 물체가 양전극이다. - SLAC National Accelerator Laboratory 제공
연구진이 실험에 이용한 동전 모양 배터리. 검은색 둥근 물체가 양전극이다. - SLAC National Accelerator Laboratory 제공

연구진은 동전 모양의 배터리를 여러 개 만들어 조금씩 다른 속도로 충전한 다음, 충·방전이 일어나지 않도록 화학물질로 처리했다.

 

이어 양전극(陽電極)을 얇게 썰고 강한 X선을 쪼여 이온의 변화를 분석했다. 양전극은 수십억 개의 리튬이온인산염 나노입자로 이뤄져 있기 때문에 변화를 쉽게 관측할 수 있다.


그 결과 충전 속도와 상관 없이 양전극 속 나노입자 가운데 5~8% 정도만 이온을 흡수하고 방출하는 것으로 나타났다. 연구진은 전극 속 일부 입자가 다수의 이온을 흡수하고 방출하기를 반복하는 과정에서 전극에 손상이 생기고 배터리 성능이 저하된다고 설명했다.


또 연구진은 방전 속도를 다르게 하면서 동일한 실험을 진행했다. 그 결과 배터리를 방전시키는 속도를 5배 이상 빠르게 했더니 이온을 흡수하는 나노입자의 수가 많아져 배터리 손상이 줄어드는 것으로 나타났다. 배터리를 빠르게 방전시키면 수명이 짧아질 거라는 예상과 반대되는 결과가 나온 것이다.

 

이번 연구를 이끈 이양 리 스탠퍼드대 연구원은 “현재 많이 쓰이고 있는 흑연이나 산화물로 만든 전극에서도 똑같은 현상이 발생한다”며 “배터리 수명을 늘리는 방법을 찾기 위해 연구를 계속할 예정”이라고 밝혔다.

 

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