거의 무한한 수명의 배터리를 만드는 방법

리튬이온 전지에서 사용되는 액체 전해질을 대신하는 고체 전해질이 개발되었습니다. MIT와 삼성에서 발표한 결과입니다. 내부의 전해질이 액체에서 고체로 바뀌었다는 말의 의미는 배터리의 수명이 거의 무한하게 증가되었다는 것입니다. 여러가지 안정성이 향상되어 사용자도 안전하게 사용할 수 있습니다.

일반적으로 전해질에는 탄산 에틸렌(이텔렌 카보네이드), 탄산 디에틸 등의 유기 용매가 쓰입니다. 여기에 리튬 이온을 녹인 전기 분해액이 사용되고 있습니다. 따라서 유기 용매가 손상을 입으면 불이나는 사고가 발생합니다.

따라서 그동안 발화 위험이 없는 고체 전해질을 개발하려는 노력이 있었습니다. 그렇지만 고체 전해질은 리튬이온 전도 특성이 유기 용매에 비해 좋지 않았습니다. 따라서 충전 방전 속도가 느리다는 문제점이 있었습니다.

거의 무한한 수명의 배터리를 만드는 방법

이번에 MIT와 삼성 연구진은 고체 전해질의 안좋은 전도 특성을 개선하였습니다. 리튬, 게르마늄, 인, 유황 화합물인 초이온성(superionic) 리튬이온 전도체로 해결하였습니다. 맨 위의 그림은 초이온성 전도체의 결정구조입니다. 리튬 원자들이 초록색, 유황 원자가 노란 색, PS4 사면체가 진한 회색, GeS4 사면체가 흐린 회색입니다.

고체 전해질을 사용하면 첫째로 발화 위험성이 없어집니다. 또한 기존 전지의 라이프 사이클은 500~1200회 정도입니다. 고체 전해질의 사이클은 수십 만회로 증가하므로 사실상 무한한 수명을 가졌다고 보면 됩니다.

그리고 액체가 아니기에 영하의 온도에서도 문제가 없습니다. 고체 전해질을 쓰면 추위와 상관없이 본래의 성능을 발휘할 수 있습니다. 덧붙여 출력밀도도 20~30% 개선되었다고 합니다. 향후 실용화가 되면 스마트폰, 노트북에서부터 전기자동차까지 모든 디지털 디바이스의 성능은 대폭적으로 향상될 것입니다.