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70도 넘으면 자동으로 전류 차단, 신개념 배터리 나왔다

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2016년 01월 12일 07:00 프린트하기

제난 바오 스탠퍼드대 교수팀이 개발한 배터리 온도 감지 센서. 얇은 폴리에틸렌 필름에 그래핀과 니켈 입자를 입혀 만들었다. - 스탠퍼드대 제공
제난 바오 미국 스탠퍼드대 교수팀이 개발한 배터리 온도 감지 센서. 얇은 폴리에틸렌 필름에 그래핀과 니켈 입자를 입혀 만들었다. - 스탠퍼드대 제공

 

스마트폰이나 노트북 컴퓨터 등에 주로 쓰이는 리튬이온 배터리는 무게가 가볍고 성능도 우수해 널리 쓰이지만 찜질방이나 사막 등 고온의 환경에서는 간혹 폭발을 일으키기도 한다. 

 

제난 바오 미국 스탠퍼드대 교수팀은 최근 리튬이온 배터리의 폭발 위험을 줄일 수 있는 기술을 새롭게 개발해 과학저널 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’ 11일 자에 발표했다.

 

연구팀은 온도가 올라가면 과열되기 전에 구동이 차단되고, 온도가 내려가면 그 즉시 다시 작동하는 리튬이온 배터리를 개발했다.

 

리튬이온 배터리는 보통 전극 2개와 전해액으로 이뤄져 있다. 하지만 배터리가 가열돼 온도가 150도를 넘어가면 배터리가 변형을 일으키고, 전해액이 리튬과 직접 반응하면서 폭발을 일으키는 원인이 됐다. 이 때문에 배터리가 과열되면 회로를 강제로 차단되는 시스템 등이 개발됐지만 한 번 밖에 쓸 수 없는 단점이 있었다.

 

온도가 낮을 때는 니켈 입자가 서로 뭉쳐 있어 전류가 흐를 수 있지만(왼쪽), 온도가 높아져 폴리에틸렌 필름이 부풀면 서로 간격이 떨어지면서 전류가 흐를 수 없게 된다(오른쪽). - 제난 바오 교수 제공
온도가 낮을 때는 니켈 입자가 서로 뭉쳐 있어 전류가 흐를 수 있지만(왼쪽), 온도가 높아져 폴리에틸렌 필름이 부풀어 오르면 서로 멀어지면서 전류가 흐를 수 없게 된다(오른쪽). - 제난 바오 교수 제공

바오 교수팀은 기존 방식에 열감지 센서를 채용해 열이 식으면 즉시 재사용이 가능한 배터리 안전장치를 새롭게 개발했다. 

 

센서를 배터리 전극 한쪽에 장착해 배터리에서 발생하는 전류가 센서를 통과해 가도록 만든 것이다. 이 센서는 얇은 폴리에틸렌 필름에 그래핀과 니켈 입자들을 입혀 만들었다.

 

실험 결과 배터리를 70도까지 가열하자, 폴리에틸렌 필름이 부풀면서 니켈 입자 사이가 벌어져 전류 흐름이 끊겼다. 하지만 70도 이하로 온도가 떨어지자 필름이 수축하면서 다시 전류가 흘렀다. 과열이 되더라도 몇 번이고 재사용이 가능한 배터리를 만든 셈이다.

 

바오 교수는 “재사용 리튬이온 배터리 기술은 성능이 좋으면서도 안전한 휴대용 배터리를 개발하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

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