배터리 수명은 휴대폰부터 웨어러블 기기에 이르기까지 현대 기기의 가장 큰 병목 현상 중 하나였습니다. 이제 연구자들은 내구성을 희생하지 않고도 이를 극적으로 변화시킬 수 있는 새로운 리튬 이온 배터리 설계를 개발했습니다.
이 새로운 배터리 기술의 어떤 점이 그렇게 인상적인가요?
서리대학교(University of Surrey) 연구원들은 기존 설계보다 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 새로운 유형의 리튬 이온 배터리 양극을 개발했습니다. 이는 기존 실리콘-탄소 배터리 기술을 기반으로 하며 실리콘을 사용하는 방식이 주요 개선점입니다.
기존 실리콘-탄소 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 훨씬 높지만 큰 단점이 있습니다. 전극에 사용되는 실리콘은 더 많은 에너지를 저장할 수 있지만 시간이 지남에 따라 팽창하고 균열이 발생하여 급격한 성능 저하를 초래합니다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘수직집적형 실리콘-탄소 나노튜브’라는 새로운 구조를 개발했다. 실리콘으로 코팅된 탄소나노튜브로 만들어진 유연한 지지대를 사용하여 재료가 깨지지 않고 팽창 및 수축할 수 있습니다.
결과 배터리는 기존 흑연 기반 배터리의 약 370mAh에 비해 그램당 3,500mAh 이상을 저장할 수 있습니다. 이것이 바로 “최대 9배 더 많은 에너지”라는 주장이 나오는 곳입니다.
용량 증가 외에도 새로운 디자인은 반복적인 충전 주기에도 안정적으로 유지됩니다. 이는 오랫동안 고용량 배터리의 주요 과제였던 것입니다.
이 새로운 디자인이 왜 중요한가요?
실리콘 탄소 배터리는 완전히 새로운 것은 아니며 이미 기존 리튬 이온 기술에 비해 큰 도약을 제공하고 있습니다. 그러나 Apple과 Samsung과 같은 주요 제조업체는 신뢰성 문제로 인해 지금까지 이 기술을 기피했습니다.
기존 실리콘-탄소 배터리의 반복적인 팽창과 수축은 장기적인 손상을 초래하여 배터리 수명, 성능 및 안전성에 영향을 미칠 수 있습니다. 수백만 대의 장치를 배송하는 회사의 경우 이러한 불일치는 거래를 방해하는 요소입니다.
이 새로운 디자인은 배터리를 더욱 안정적으로 만들어 이러한 문제를 해결합니다. 실험실 밖에서 예상대로 작동한다면 애플과 삼성이 실리콘-탄소 배터리 채택을 방해하는 가장 큰 장애물 중 하나를 제거할 수 있습니다. 이는 결국 신뢰성을 저하시키지 않으면서 훨씬 더 오래 지속되는 스마트폰과 웨어러블 기기로 이어질 수 있습니다.