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그냥 저렇게만 보니 그냥 무슨 종이? 플라스틱 태워다 놓은듯한 그림으로 아직까진 제품으로 만들어져 있지는 않다.
저 물질은 리튬이온 배터리로 기존의 100배 이상의 충전/방전 성능을 가진 새로운 물질이라고 한다.

지금 전기 자동차는 8시간 동안이나 충전을 해야 다시 2~3시간 달릴수 있다고 하는데.. 이제 전기 자동차가 흔히 진다면 고속도로 휴게소의 주차 공간에는 전기 플러그가 생길듯하다.
상상만 해도 재밌을것 같다.

하지만 즉시 상용화가 되지 않는 문제점이 존재한다. 바로 충전이 빠르지만 방전도 빠르다는것이다.;;
즉, 휴대폰을 10초만에 충전했다면.. 방전도 빨라 휴대폰 사용이 한시간이하라는 것이다.
잘은 모르겠지만 설마 10초만에 충전하고, 10초만에 다 방전될리는 없을테지만, 정말 그렇다면.. 아직은 좀더 연구를 해야 할듯 하다.

또한 무게는 더 줄었는지 늘었는지 잘모르겠지만 아무래도 똑같거나 더 무거워 지지 않았을까 한다.
노트북, 휴대용 MP3, PMP, 핸드폰등의 크기/무게를 줄이는 것과는 아직은 거리가 멀어 보인다.

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* MIT팀, 10초 만에 100배 이상의 전기를 충전하고 방전해 전기를 전달할 수 있는 초고속 리튬이온 배터리(Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries) 개발,
* Nature지 2009년 3월 12일자에 "Battery materials for ultrafast charging and discharging(초고속 충전과 방전되는 배터리 물질)"이라는 논문으로 발표,
* 전기가 급속히 필요로 하는 레이저 무기(laser weapons)나 하이브리드 경주 차(laser weapons)에 사용될 것으로 기대(Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries. New materials from MIT could power laser weapons or give hybrid cars jackrabbit acceleration(24/Mar/2009)



이들은 충전(Charging)되는데 수분에서 몇 시간이 걸린다.
그 대신 방전(Discharging)되는데 오랜 시간이 걸려 오래 사용할 수 있다.
그러나 레이저 무기나 하이브리드 경주 차는 빠른 시간에 엄청난 양의 전기가 필요하므로 단 10초 만에 100배 이상의 전기를 충전하고 10초 만에 방전시켜 엄청난 양의 전기를 전달할 수 있는 초고속 리튬이온 배터리(Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries)가 필요한데,
MIT 공대가 이를 개발했다는 내용이다.
또한 이를 잘 활용하면 10초 만에 휴대폰을 충전할 수 있고 5분 만에 자동차를 충전할 수 있다.


MIT 공대의 초고속 리튬이온 배터리(Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries) 발견의 개요

미국 매사추세츠주 공과대학(MIT) 과학자들이 기존의 배터리보다 수 배 빨리 전기를 방전해 전달하는 리튬이온 배터리 전극(A lithium-ion battery electrode)을 개발했다. 따라서 이는 초고속 리튬이온 배터리(Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries)라 부를 수 있는데, 이 기술은 전기가 급속히 필요로 하는 레이저 무기(laser weapons)나 하이브리드 경주 차(laser weapons)에 사용될 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 Nature지 2009년 3월 12일자에 "Battery materials for ultrafast charging and discharging(초고속 충전과 방전되는 배터리 물질)"(Kang & Ceder, Nature, 2009)1)이라는 논문으로 발표되었다.

MIT 공대 소재과학과 교수인 Gerbrand Ceder 2)가 개발한 새로운 전극의 배터리는 단 10초 만에 방전(discharged)될 수 있다. 기존의 고속 리튬이온 배터리들(high-power lithium-ion batteries)은 방전되는데 1분 이상이 걸리고, 랩탑에 들어가는 기존의 전통적인 리튬이온 배터리들(lithium-ion batteries)은 방전되는데 몇 시간이 걸린다. 이 새로운 고속 방전율은 1리터의 리튬이온으로 무려 25,000 와트를 방전해 전달하는 것인데, 이는 무려 20개의 진공청소기들(20 vacuum cleaners)을 돌릴 수 있는 엄청난 양의 전기이다.



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[그림 : 대용량 전기 공급 배터리. 하나의 결정 배터리 물질 위의 하나의 5나노 이하의 비결정질의 층(오른쪽 흰색 밴드 부분)이 배터리의 성능을 높임. Credit: Kang & Ceder, Nature, 2009]

이와 같은 엄청난 양의 전기는 초고속으로 방전하는 초대형축전지(ultracapacitors)를 능가하는 것이다. 초대형축전지는 같은 크기에 이와 같이 많은 양의 전기를 저장할 수 없다고 초대형축전지를 생산하는 Maxwell Technologies의 부사장인 John Miller 3)는 말한다. 따라서 이번에 발견한 새로운 물질의 리튬이온 배터리는 같은 크기의 초대형축전지보다 무려 10배 이상의 전기를 저장할 수 있다. 따라서 아주 작은 사이즈에 엄청난 양의 전기를 충전하고 방전할 수 있는 배터리는 경주용 자동차(race cars)에 사용될 수 있는데, 이를 위해 2009년부터 시작되는 새로운 Formula One이라는 자동차 경주 규칙은 자동차 브레이크와 바퀴로부터 나오는 에너지를 이용할 수 있도록 개정될 예정이다.

2. 어떻게 발견했나

배터리의 성능을 높이기 위해 연구원들은 인산 리튬이온(lithium iron phosphate)이라 불리는 하나의 전극 물질(an electrode material)을 개량해 전자들과 이온들로 하여금 신속하게 들어가고 나오도록 한 것이다. 전자와 이온의 속도가 빠르면 그 만큼 충전과 방전의 속도가 빨라지는 것이다. 이 발견은 Ceder가 2004년에 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 찾아낸 모델이었다. 이는 전극 물질 내의 결정체 특정 부분(particular faces of crystals)으로 리튬이온들이 이동해 전도성(conductivity)을 높여주는 것이다.

다시 말해 원리나 작동은 현재 보편화된 리튬이온 배터리와 같지만 다른 점은 전극을 구성하는 물질의 금속 표면을 구성하는 구조를 약간 달리 한 것이 이 같은 커다란 차이를 가져온 것이다. 즉 리튬이온 배터리의 전극은 리튬 전극과 탄소 전극으로 구성돼 있으며, 충전이 돼 있을 경우에는 리튬 전극의 전자가 탄소 전극에 많이 몰려가 있다가 방전되면서 제자리에 돌아오게 되는 원리이다. 그런데 기존 배터리는 이 같은 과정에서 전자가 붙었다 떨어졌다 하는데 상당한 시간을 필요로 했는데, 이들은 이 과정에서 전극의 표면을 특수 처리해 구조를 달리 한 것이 충전과 방전 시 전자들이 되돌아오도록 하는 시간을 획기적으로 줄인 것이다.

3. 활용과 기대, 10초 만에 휴대폰 충전, 5분 만에 자동차 충전

신속한 방전 물질은 또한 신속하게 충전이 가능해 수초 만에 충전되는 휴대폰에 사용할 수 있다. 그러나 문제는 충전 시 비용이 많이 들어간다고 Ceder는 말한다. 이들은 직접 단 10여 초 만에 충전이 되는 휴대폰 배터리를 개발해 이에 대한 다양한 응용이 이뤄질 것으로 보여 주목되고 있다. 이들이 개발한 새로운 전지는 기존의 휴대폰에 들어 있는 배터리보다 충전 속도가 무려 100배 이상 빨라 보통 휴대폰 충전에는 단 10초면 가능하다고 연구진은 밝히고 있다.

이 기술은 휴대폰뿐만 아니라 랩톱 컴퓨터, 디지털 컴퓨터 등 배터리를 사용하는 모든 상품에 적용할 경우 상당한 응용 분야가 있을 것으로 전망된다. 특히 연구진들은 향후 이 기술을 전기자동차에 연결할 경우 밤새 충전하거나 길가다 수시간씩 충전해야 하는 불편을 덜 수 있는 획기적인 기술로 인정받게 될 수 있다고 말한다.

이 때문에 현재 버락 오바마 대통령이 추진하는 재생가능한 에너지 개발 차원의 개념에 꼭 부합하는 것이기 때문에 정부쪽으로부터 상당한 관심을 끌 것으로 보인다. 전기 자동차의 경우 배터리 문제로 인해 꼭 전날밤 8시간 이상씩 충전해야 하며 2∼3시간 이용한 뒤 다시 그같은 과정을 밟아야 하기 때문에 대중화 되는 것이 어려웠었다. 이들이 개발한 배터리를 차량에 응용할 경우 충전 시간은 약 5분 정도면 가능할 것으로 추정된다. 이럴 경우 전기 차량의 충전소에서 간단하게 들러 충전할 수 있는 상태이기 때문에 전문가들은 전기차량의 대중화가 획기적으로 이뤄질 계기를 가져온 것으로 평가한다.

미국 매사추세츠주에서 배터리를 만드는 A123 Systems 4)사의 부사장인 Ric Fulop는 Ceder가 개발한 새로운 물질을 라이센싱 받아 충전과 방전용의 배터리를 개발할 예정인데, 조만간 레이저 무기에 들어가는 배터리를 개발할 예정이다. 

4. 한계와 도전

문제는 오래가는 배터리를 만드는 것이다. 이번 Ceder의 발견은 초기에 전기가 많이 들어가는 가속(acceleration) 용이라는 점이다. 따라서 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 충전과 방전 시간이 너무 짧다는 단점이 있다. 그러므로 장시간용로는 사용이 불가능하다. "이번 연구의 혁신은 새로운 양극 물질(a new positive electrode material)을 발견하여 단번에 전기를 많이 공급할 수 있는 에너지 저장용의 배터리를 만들었다는 것입니다"라고 Dalhousie University의 교수인 Jeff Dahn 5)은 말한다.


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[소스]

[Technology Review-Ultra-High-Power Lithium-Ion Batteries(11/Mar/2009)]


1) Kang, Byoungwoo & Gerbrand Ceder, "Battery materials for ultrafast charging and discharging(초고속 충전과 방전되는 배터리 물질)", Nature, Vol. 458, No. 7235, pp190-193, 12 March 2009.
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07853.html
2) http://dmse.mit.edu/faculty/faculty/gerd/
3) http://www.maxwell.com/about-maxwell/management-team.asp
4) http://www.a123systems.com/
5) http://fizz.phys.dal.ca/~dahn/jeffDahn.html


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2009/04/03 10:09 2009/04/03 10:09
젤라피 이 작성.