스탠포드 대학, 급속충전 가능한 차세대 알루미늄 배터리 개발

스탠포드 대학 과학자들이 처음으로 고성능 알루미늄-이온 배터리를 개발했다. 이 배터리는 급속충전이 가능하고 대기시간이 길고, 저렴하기까지 하다. 연구자들은 이 배터리가 현재 널리 쓰이고 있는 여러 종류의 상용배터리 즉, 리튬-이온이나 알카라인 배터리를 안전하게 대체할 수 있을 것이라고 한다.

이 배터리는 화학적으로 안정적이여서 리튬이온 배터리와 달리 충격을 가하거나 심지어 구멍을 뚫어도 폭발하지 않는다. 알루미늄은 배터리 재료로써 꽤 매력적인 존재였다. 일단 가격이 싸고, 인화성이 낮고, 높은 충전용량을 가진다. 하지만, 지난 10년간 과학자들은 상업적으로 이용할 수 있는 알루미늄-이온 배터리를 만들어내지 못했다. 그 핵심 과제는 반복된 충·방전 사이클에서 충분한 전압을 만들어낼 수 있는 전극 재료를 찾는 것이었다.

Graphite cathode (흑연 전극)

알루미늄이온 배터리는 두 가지 전극으로 이뤄진다. 알루미늄의 음극과 또 다른 물질의 양극. 연구자들은 양극에 사용할 수 있을 만한 여러 재료를 찾고 있었는데, 우연히 흑연을 통해 단순한 해법을 얻게 됐다. 연구과정에서 몇 가지의 유형의 흑연 재료가 좋은 성능을 낸다는 것을 확인했다.

이 배터리의 특징 중 하나가 급속 충전이다. 오늘 날의 스마트폰 사용자들은 리튬이온 배터리를 충전하기 위해서 몇 시간을 기다려야 한다. 하지만, 알루미늄 배터리의 시제품의 경우 단 1분만이라는 전례가 없는 충전속도를 보여주고 있다.

내구성 또한 이 배터리의 중요한 특징 중 하나이다. 스탠포드에서 개발한 알루미늄 배터리는 용량저하 없이 7,500회 충·방전이 가능하다. 용량저하가 발생하는 부분까지 포함하면 10,000회 이상 충·방전이 가능한 것으로 추정된다. 리튬이온 배터리가 약 1,000회의 충/방전 사이클을 가지는 것과 비교하면 최소 7~10배 이상의 내구성을 갖는다.

이 배터리는 유연성도 가지는데, 배터리를 구부리거나 접을 수도 있다. 따라서 플렉시블 전자기기에 적용하기 쉽다.

현재 알루미늄 배터리는 2v의 출력전압을 가지는데, 이는 알카라인 건전지의 1.5v 보다는 높고 리튬이온의 3.7v 보다는 낮은 수준이다. 현재 넓게 쓰이고 있는 리튬이온 배터리를 대체하려면 출력전압을 리튬이온 배터리 수준으로 끌어올리는 일부터 해결되어야 할 것으로 보인다.

전압문제가 해결된다면 차세대 배터리로 손색이 없어 보인다. 저렴한 가격, 높은 안정성, 급속충전, 유연성 그리고 긴 수명까지 갖췄다. 아직은 초기 단계지만, 꽤 인상적이고 미래가 기대되는 기술이다.

원 기사 (https://news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.html)를 편역했습니다. 과학 용어에 익숙치 않아 오역이 있을 수 있습니다.