신혁적인 배터리의 탄생: 빠른 충전 시간과 10년 이상의 수명!

연구원들은 보다 효율적인 전기차 배터리 개발을 위해 지난 수년간 많은 시행착오를 겪어왔습니다. 하지만 해외의 연구팀에서 기존 배터리의 한계를 극복한 미래지향적인 배터리가 발명되었습니다. 이 배터리는 최소한 10년 이상 사용 가능하며, 단 10분 충전 시간으로 금방 완전충전이 가능합니다.

하버드 대학교 공과대학(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, SEAS)의 연구원들은 Nature Materials에서 최근 이러한 새로운 배터리 기술을 발표하였습니다. 이 새로운 기술은 리튬 금속 양극과 고체 리튬 이온 전해질을 사용하여 고체 상태 배터리를 제조하는 방법을 설명하고 있습니다.

발명가인 신 리는 “리튬 금속 양극 배터리는 상용 그래핏 양극의 용량보다 10배 크기 때문에 전기차의 주행 거리를 현격히 향상시킬 수 있어서, 꿈꿔오던 ‘배터리의 신’이라고 할 수 있습니다. 당사의 연구는 산업 및 상업용 고체 상태 배터리에 더욱 실용적인 솔루션을 제공하기 위한 중요한 발전입니다”라고 밝혔습니다.

이 새로운 리튬 금속 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리에 비해 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 이는 배터리의 크기나 무게를 증가시키지 않고 더 많은 에너지를 저장하고 전기차의 주행 거리를 연장할 수 있다는 장점을 제공합니다.

그러나, 리튬 금속 배터리를 설계하는 것은 과거에는 안정적인 결과를 얻기 어려운 문제가 있었습니다. 외신 Tech Xplore는 “리튬 금속 양극에는 덴드라이트(Dendrite)가 형성되는 문제가 있는데, 이 형상은 결정처럼 성장하여 전해질을 관통해서 배터리가 단락되거나 화재가 발생할 수 있습니다”라고 설명하고 있습니다.

하지만 최근의 연구 결과에 따르면, 신 리와 그의 팀은 이러한 덴드라이트 형성을 막을 수 있는 방법을 찾았습니다. 이들은 리튬 금속 양극에 마이크론 크기의 실리콘 입자를 사용하여 지속적인 리튬 금속 증착과 균일한 리튬 금속 층 형성을 가능하게 하였습니다.

이처럼 설계된 배터리는 대학 연구실에서 일반적으로 개발되는 코인 셀 배터리의 크기보다 10~20배 더 큰 우편봉투 모양의 배터리입니다. 이 배터리는 6,000회의 충전과 방전 사이클 후에도 용량의 80%를 유지하여 현재 시장에서 사용 가능한 다른 배터리보다 우수한 성능을 보여주고 있습니다.

향후, 이 연구팀의 목표는 스마트폰 소형의 배터리 개발로 기술을 상용화하는 것입니다.

이 연구는 많은 유망한 고체상태 배터리의 잠재적인 성능을 제공할 수 있는 다양한 물질을 발견했습니다. 신 리는 “이전 연구에서, 은을 비롯한 다른 물질이 고체상태 배터리에 좋은 양극 재료로 사용될 수 있음을 알 수 있었지만, 이번 연구에서는 이러한 과정의 잠재적인 기전을 설명하고, 새로운 배터리 설계를 위한 새로운 재료를 식별할 수 있는 길을 제시하였습니다”라고 설명하였습니다.

리튬 대신 아이오딘과 아연은 대체 가능한 솔루션으로 각광받을 수 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 새로운 개발은 중국에 대한 리튬 수입 종속을 줄이는 데도 도움이 될 것입니다. 중국은 현재 세계에서 3번째로 큰 리튬 채광국입니다.

지금 바로 뉴스레터에 가입하여 매주 생활과 지구를 지키며 우리의 삶에 긍정적인 영향을 미치는 최신 기술에 대해 알아보세요!

기사 번역:
연구팀은 최근 새로운 배터리 기술을 소개하고 있습니다. 이 배터리는 최소한 10년 이상 사용 가능하고, 10분 충전으로 완전충전이 가능합니다. 하버드 대학교 공과대학의 연구원들은 리튬 금속 양극과 고체 리튬 이온 전해질을 사용하여 고체 상태 배터리를 제조하는 방법을 설명하고 있습니다. 이 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 가지며, 크기나 무게를 증가시키지 않고 전기차의 주행 거리를 연장하는 장점이 있습니다. 그러나 리튬 금속 양극에서 덴드라이트 형성으로 발생할 수 있는 문제를 치유하는 방법을 찾았습니다. 이 연구는 스마트폰 소형의 배터리 개발을 목표로 하고 있으며, 리튬 대신 아이오딘과 아연은 대체 가능한 솔루션이 될 수 있을 것으로 기대됩니다.

주요 용어 정의:
– 리튬 금속 양극 배터리: 리튬 금속 양극을 사용하는 배터리로, 전기적으로 충전 및 방전되는 장치입니다.
– 고체 상태 배터리: 고체 상태로 이루어진 배터리로, 전기를 저장하고 방출 가능한 장치입니다.
– 덴드라이트: 리튬 금속 양극에서 형성되는 결정과 같은 형상으로, 배터리의 단락이나 화재 발생의 원인이 될 수 있습니다.

주요 질문과 답변:
1. 이 새로운 배터리는 어떤 특징을 가지고 있나요?
– 이 배터리는 최소한 10년 이상 사용 가능하며, 10분 충전으로 완전충전이 가능합니다. 또한 더 높은 에너지 밀도를 가지며 크기나 무게를 증가시키지 않고 전기차의 주행 거리를 연장하는 장점이 있습니다.

2. 리튬 금속 양극 배터리에서 발생하는 문제는 무엇인가요?
– 리튬 금속 양극에서는 덴드라이트가 형성되는 문제가 있습니다. 이는 배터리의 단락이나 화재 발생의 원인이 될 수 있습니다.

3. 새로운 배터리는 어떻게 덴드라이트 형성을 피할 수 있나요?
– 이 연구는 마이크론 크기의 실리콘 입자를 사용하여 리튬 금속 양극에 지속적인 리튬 금속 증착과 균일한 리튬 금속 층 형성을 가능하게 했습니다.

4. 스마트폰 소형의 배터리를 개발하는 것은 어떤 이점이 있나요?
– 스마트폰 소형의 배터리는 전기차 외에도 다양한 기기에 적용할 수 있으며, 산업 및 상업용 고체 상태 배터리에 실용적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.

관련 링크:
Nature Materials: https://www.nature.com/nmat/
John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences: https://www.seas.harvard.edu/

(NOTE: 수정된 URL은 제공되지 않았으므로, 위 링크는 예시일 뿐입니다.)

ByMariusz Lewandowski

Mariusz Lewandowski is a dedicated writer and thought leader specializing in new technologies and fintech. He holds a degree in Computer Science from the renowned University of California, Berkeley, where he developed a strong foundation in data analysis and software development. With over a decade of professional experience, Mariusz has contributed his insights to various tech publications and industry journals. His expertise is further enhanced by his tenure at FinServ Innovations, where he played a pivotal role in exploring innovative financial solutions and digital transformation strategies. Mariusz is passionate about bridging the gap between technology and finance, and he aims to empower readers with valuable knowledge in this rapidly evolving landscape.