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그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란 – 바이월레스
그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란? 배터리 기술의 새 지평이 열리는 것일까요? 삼성전자 종합 기술원이 기존의 리튬이온 전지보다 충전용량은 …
Source: bywallace.tistory.com
Date Published: 7/30/2022
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리튬이온 대신 그래핀 볼? 삼성전자 신소재 배터리 원천기술 …
삼성전자 종합기술원은 27일 차세대 배터리 소재 그래핀 볼의 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다.
Source: www.econovill.com
Date Published: 7/21/2022
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그래핀 배터리 Vs 리튬 이온 배터리 165 개의 자세한 답변
M투데이 삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 …
Source: ppa.covadoc.vn
Date Published: 4/14/2022
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삼성이 개발한 그래핀 볼(Graphene Ball), 전기차 배터리시장 판 …
삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 …
Source: www.autodaily.co.kr
Date Published: 7/8/2022
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[사설]’그래핀 볼’ 배터리로 세계 1위 내달리자 – 전자신문
차세대 소재로 각광 받고 있는 그래핀으로 만든 ‘그래핀 볼(공)’이다. 이 소재를 쓰면 배터리 크기를 늘리지 않고도 충전 용량을 100% 가까이 늘릴 수 …
Source: www.etnews.com
Date Published: 3/22/2022
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차세대 배터리의 핵심이 될 그래핀 배터리 – 테크월드뉴스
즉, 흔히 볼 수 있는 무기소재에 비해 유연하기에 웨어러블 기술에 사용되는 배터리에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 작은 크기에도 불구하고 나노재료 …
Source: www.epnc.co.kr
Date Published: 6/4/2021
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전고체 vs 그래핀, ‘꿈의 배터리’ 승자는? – 머니S
… 전세계에서 가장 많은 233개 전고체배터리 관련 특허를 확보했다. 도요타는 2022년 전고체배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이다. 그래핀볼.
Source: moneys.mt.co.kr
Date Published: 12/11/2022
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- Author: solid battery
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- Date Published: 2020. 4. 14.
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그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란
그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란?
배터리 기술의 새 지평이 열리는 것일까요? 삼성전자 종합 기술원이 기존의 리튬이온 전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서 충전속도를 5배 이상 빠르게 만들수 있는 그래핀 볼 개발에 성공했다고 합니다.
기존 리튬이온 배터리는 고속 충전 기술을 사용해도 완전히 충전하는데는 1시간 가까이 걸렸지만 이 번에 개발에 성공한 그래핀 볼 소재를 이용하면 12분이면 완전 충전이 가능하다고 합니다. 또한 전기차용 배터리에 요구되는 온도 기준인 60도까지 안정성을 유지할 수 있다고 합니다.
그래핀 볼이란?
그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막을 말하는데 이 물질은 물리, 화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다고 합니다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전용으로 이상적인 소재로 꼽히고 있는데요.
삼성전자 종합기술원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다고 합니다.
그래핀 볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔던 것이죠.
리튬이온 전지는 1991년에 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되며 시장이 성장하고 있으나 성능 개선은 현재 한계 상황에 이르렀는데요. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸리기 때문이죠. 따라서 새로운 혁신 소재를 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있으며 그 중 그래핀이 차세대 소재 중 대표적으로 주목받고 있다고 합니다.
이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다고 하는데요. 그래핀배터리 개발 성공이 최근 급격히 성장하고 있는 모바일 기기와 전기차 시장 확대에 맞춰 이차전지 기술을 지속 발전시킬 수 있을 지 귀추가 주목되고 있다고 합니다.
리튬이온 대신 그래핀 볼? 삼성전자 신소재 배터리 원천기술 확보
삼성전자가 리튬이온 배터리에 비해 충전용량은 늘고 충전시간은 크게 단촉 시키는 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다. 삼성전자가 이를 상용화한다면 배터리 시장의 판도를 완전히 바꿔놓을 것이라는 기대가 나오고 있다.
삼성전자 종합기술원이 기존 리튬이온 배터리와 비교해 충전용량은 45% 많고 충전속도는 5배나 빠른 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다고 27일 밝혔다. 아직 상용화 수준은 아니지만 리튬이온 배터리에서 종종 벌어지는 발화사건이 전자기업의 화두로 부상한 지금, 의미있는 성과라는 말이 나오고 있다.
삼성전자 종합기술원은 27일 차세대 배터리 소재 그래핀 볼의 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다. 물리 화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다.
지금까지 스마트 기기 배터리의 주류는 리튬이온이었다. 단말기가 점점 작아지며 많은 전력을 담을 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 그러나 1991년 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되어도 성능 개선은 한계 상황에 이르렀다는 평가가 지배적이다. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸린다.
삼성전자에 따르면 그래핀 볼 배터리로 리튬이온 배터리의 한계를 돌파할 수 있다. 기존 배터리는 고속충전 기술을 사용하더라도 완전충전에 1시간 가까이 걸렸지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있었다. 또 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 섭씨 60도까지 안정성을 유지할 수 있다는 설명이다.
나아가 삼성전자 종합기술원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾으며 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다. 상용화의 최종단계 중 하나인 비용 장애도 나름 해결이 가능하다는 뜻이다. 그래핀 볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔다는 설명이다.
▲ 그래핀 볼. 출처=삼성전자
이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 온라인에 <그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현>이라는 제목으로 게재됐으며 삼성전자 종합기술원은 그래핀 볼 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다.
논문 제 1저자인 삼성전자 종합기술원 손인혁 전문연구원은 “이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다”면서 “최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장 확대에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다”고 말했다.
그래 핀 볼 배터리 | 그래핀 배터리 Vs 리튬 이온 배터리 165 개의 자세한 답변
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삼성전자 종합기술원은 27일 차세대 배터리 소재 그래핀 볼의 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다.
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Date Published: 5/25/2022
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그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란? 배터리 기술의 새 지평이 열리는 것일까요? 삼성전자 종합 기술원이 기존의 리튬이온 전지보다 충전용량은 …
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Source: bywallace.tistory.com
Date Published: 8/30/2022
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삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 …
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Source: www.autodaily.co.kr
Date Published: 4/27/2022
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… 전세계에서 가장 많은 233개 전고체배터리 관련 특허를 확보했다. 도요타는 2022년 전고체배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이다. 그래핀볼.
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Source: moneys.mt.co.kr
Date Published: 1/14/2022
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– M투데이 삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속 …
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Source: 1111.com.vn
Date Published: 8/28/2021
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삼성전자가 충전 속도를 종전보다 5배 이상 높인 배터리 소재 ‘그래핀 볼’을 업계 최초로 개발했다. LG이노텍은 세계 최초로 살균 자외선 출력이 …
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Source: www.khan.co.kr
Date Published: 1/10/2022
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즉, 흔히 볼 수 있는 무기소재에 비해 유연하기에 웨어러블 기술에 사용되는 배터리에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 작은 크기에도 불구하고 나노재료 …
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Date Published: 11/16/2022
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그래핀 배터리 vs 리튬 이온 배터리
그래핀 배터리 vs 리튬 이온 배터리
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[테크월드=배유미 기자] 첨단기기와 다양한 전자기기의 등장과 함께, 배터리 기술도 현대사회에서 중요한 기술 중 하나로 자리잡게 됐다. 연구원, 제조업체와 최종사용자를 대상으로 하는 회사들은 매번 새로운 기술에 걸맞게 배터리도 발전시키고 있다. 배터리 기술은 소비자들의 수요에 맞춰 작고 가벼우면서도 높은 효율성을 가지는 방향으로 개발되고 있다. 이에 따라 업계와 연구진들은 최근 몇 년간 기존의 전기화학 기술을 넘어 나노 소재 전극에 관심을 갖고 있다.현 배터리 기술은 리튬이온 배터리로 2019년 노벨화학상을 수상했을 정도로, 문제가마우저,마우저일렉트로닉스,그래핀,배터리,나노,리튬이온,에너지 Table of Contents: 상단영역 본문영역 전체메뉴 차세대 배터리의 핵심이 될 그래핀 배터리 < 기고 < 오피니언 < 기사본문 - 테크월드뉴스 - 배유미 기자 Read More See more articles in the same category here: 1111.com.vn/ko/blog. 리튬이온 대신 그래핀 볼? 삼성전자 신소재 배터리 원천기술 확보 삼성전자가 리튬이온 배터리에 비해 충전용량은 늘고 충전시간은 크게 단촉 시키는 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다. 삼성전자가 이를 상용화한다면 배터리 시장의 판도를 완전히 바꿔놓을 것이라는 기대가 나오고 있다. 삼성전자 종합기술원이 기존 리튬이온 배터리와 비교해 충전용량은 45% 많고 충전속도는 5배나 빠른 새로운 배터리 소재의 원천기술을 확보했다고 27일 밝혔다. 아직 상용화 수준은 아니지만 리튬이온 배터리에서 종종 벌어지는 발화사건이 전자기업의 화두로 부상한 지금, 의미있는 성과라는 말이 나오고 있다. 삼성전자 종합기술원은 27일 차세대 배터리 소재 그래핀 볼의 개발에 성공했다고 밝혔다. 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막이다. 물리 화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다. 지금까지 스마트 기기 배터리의 주류는 리튬이온이었다. 단말기가 점점 작아지며 많은 전력을 담을 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 그러나 1991년 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되어도 성능 개선은 한계 상황에 이르렀다는 평가가 지배적이다. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸린다. 삼성전자에 따르면 그래핀 볼 배터리로 리튬이온 배터리의 한계를 돌파할 수 있다. 기존 배터리는 고속충전 기술을 사용하더라도 완전충전에 1시간 가까이 걸렸지만, 그래핀 볼 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전히 충전할 수 있었다. 또 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 섭씨 60도까지 안정성을 유지할 수 있다는 설명이다. 나아가 삼성전자 종합기술원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾으며 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다. 상용화의 최종단계 중 하나인 비용 장애도 나름 해결이 가능하다는 뜻이다. 그래핀 볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔다는 설명이다. ▲ 그래핀 볼. 출처=삼성전자 이와 관련한 연구성과는 최근 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 온라인에 이라는 제목으로 게재됐으며 삼성전자 종합기술원은 그래핀 볼 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다. 논문 제 1저자인 삼성전자 종합기술원 손인혁 전문연구원은 “이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다”면서 “최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장 확대에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다”고 말했다. 그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란 그래핀배터리 개발 성공, 그래핀 볼이란? 배터리 기술의 새 지평이 열리는 것일까요? 삼성전자 종합 기술원이 기존의 리튬이온 전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서 충전속도를 5배 이상 빠르게 만들수 있는 그래핀 볼 개발에 성공했다고 합니다. 기존 리튬이온 배터리는 고속 충전 기술을 사용해도 완전히 충전하는데는 1시간 가까이 걸렸지만 이 번에 개발에 성공한 그래핀 볼 소재를 이용하면 12분이면 완전 충전이 가능하다고 합니다. 또한 전기차용 배터리에 요구되는 온도 기준인 60도까지 안정성을 유지할 수 있다고 합니다. 그래핀 볼이란? 그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막을 말하는데 이 물질은 물리, 화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 등에서 신소재로 각광받고 있다고 합니다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다는 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있어 급속 충전용으로 이상적인 소재로 꼽히고 있는데요. 삼성전자 종합기술원은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다고 합니다. 그래핀 볼을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔던 것이죠. 리튬이온 전지는 1991년에 최초로 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 적용이 확대되며 시장이 성장하고 있으나 성능 개선은 현재 한계 상황에 이르렀는데요. 용량 증가도 쉽지 않고, 충전 시간은 여전히 1시간 이상이 걸리기 때문이죠. 따라서 새로운 혁신 소재를 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있으며 그 중 그래핀이 차세대 소재 중 대표적으로 주목받고 있다고 합니다. 이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다고 하는데요. 그래핀배터리 개발 성공이 최근 급격히 성장하고 있는 모바일 기기와 전기차 시장 확대에 맞춰 이차전지 기술을 지속 발전시킬 수 있을 지 귀추가 주목되고 있다고 합니다. 삼성이 개발한 그래핀 볼(Graphene Ball), 전기차 배터리시장 판 바꾸나? 삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 가능한 차세대 배터리를 개발했다. [M 오토데일리 이상원기자] 지난 13일(현지시간) 개막됐던 2018 디트로이트 모터쇼에서 삼성SDI가 공개한 전기차 배터리가 전 세계 자동차업체들의 관심을 집중시키고 있다. 이 배터리는 단 20분 충전으로 항속거리가 무려 600km에 달하는 차세대 배터리다. ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 가능하다는 것이다. 이 차세대 배터리 시스템은 또, 37Ah, 50Ah, 60Ah, 94Ah 등 4종류로 전기차나 플러그인 하이브리드카(PHEV) 등의 전기자동차에 폭넓게 적용할 수가 있는 것도 장점이다. 한 마디로 꿈의 배터리인 셈이다. 기존 리튬이온 배터리는 최대 항속거리가 길어야 500km 정도이며 급속 충전을 하더라도 최소 30분은 걸린다. 때문에 토요타자동차, 테슬라 등 차 업체와 LG화학 등 배터리업체는 물론 진공청소기 업체인 다이슨까지 단 몇 분 만에 완전 충전이 가능한 전 고체전지 개발에 집중하고 있다. 차세대 전기차시장의 주도권은 누가 보다 큰 용량의 배터리를 더 빨리 충전시킬 수 있는 기술을 확보하느냐에 달려있기 때문이다. 삼성종합기술원(SAIT) 연구원들이 삼성 SDI, 서울대 화학생물 공학부와 공동으로 개발한 ‘그래핀 볼은 새로운 유형의 배터리 소재다. 그래핀은 흑연에서 벗겨 낸 얇은 탄소 원자막으로, 이 물질은 물리적, 화학적 안정도가 뛰어나 배터리나 디스플레이 등의 분야에서 신소재로 주목을 받고 있다. 특히, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수가 있어 급속 충전용 소재로 알맞은 것으로 평가받고 있다. 삼성은 기존의 실리콘이나 다른 형태의 탄소에 대한 대안으로 탄소의 동소체인 그래핀에 대해 수년 동안 연구를 진행해 온 결과 마침내 차세대 2차전지에 사용 가능한 소재 개발에 성공했다. 삼성측은 이론상으로는 그래핀 볼 기반의 차세대 배터리가 완전 충전까지 12분밖에 걸리지 않는다고 밝히고 있다. 이는 모바일 기기는 물론 전기자동차까지 혁명적인 수준이다. 특히, 기존의 리튬이온 배터리에 비해 그래핀 볼 기반의 배터리는 훨씬 더 차가운 곳이나 섭씨 60도에서도 안정적인 수준을 유지할 수 있는 것으로 알려지고 있다. 자동차나 모바일 기기에 사용되는 배터리는 아직은 온도변화에 민감하기 때문에 향후 전기 자동차에서 풀어야 할 핵심과제 중의 하나였다. SAIT는 그동안 배터리에 고강도 및 전도성을 지닌 물질인 그래핀 볼을 적용하는 방법을 모색해 왔으며, 저렴한 실리카를 사용해 그래핀을 팝콘과 같은 3D 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 발견했다. 이 그래핀 볼은 리튬이온배터리의 음극 보호층과 음극재 모두에 사용되면서 충전용량 증가외 충전시간 감축 및 극히 안정된 온도를 보장한다. 이 프로젝트를 이끌고 있는 SAIT의 손인혁 박사는 다기능 복합 재료인 그래핀을 합리적인 가격에 대량 합성할 수 있었으며 동시에 리튬 이온 배터리의 성능을 크게 향상시킬 수 있었다고 밝혔다. SAIT는 미국과 한국에서 그래핀 볼에 대한 두 건의 특허를 신청했다. 삼성은 그래핀 볼 배터리의 정확한 양산 시점에 대해서는 언급하지 않고 있지만 만약 상용화된 제품이 출시되면 일본 파나소닉과 LG화학이 장악하고 있는 전기차 배터리 시장의 판도를 단 번에 바꿀 수 있을 것으로 전망되고 있다. 저작권자 © M투데이 무단전재 및 재배포 금지 So you have finished reading the 그래 핀 볼 배터리 topic article, if you find this article useful, please share it. Thank you very much. See more: 그래 핀 배터리 기술, 수산화 그래 핀, 그래 핀 OS, 그래 핀 자동차, 나노 배터리, 흑연 그래 핀 차이, 그래 핀 전기차, 그래 핀 비누
삼성이 개발한 그래핀 볼(Graphene Ball), 전기차 배터리시장 판 바꾸나?
삼성이 ‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 가능한 차세대 배터리를 개발했다.
[M 오토데일리 이상원기자] 지난 13일(현지시간) 개막됐던 2018 디트로이트 모터쇼에서 삼성SDI가 공개한 전기차 배터리가 전 세계 자동차업체들의 관심을 집중시키고 있다.이 배터리는 단 20분 충전으로 항속거리가 무려 600km에 달하는 차세대 배터리다.
‘그래핀 볼(Graphene Ball)’이라는 새로운 소재 기술을 이용, 기존 리튬이온배터리에 비해 용량을 45% 가량 늘려 5배 빠른 속도로 급속충전이 가능하다는 것이다.
이 차세대 배터리 시스템은 또, 37Ah, 50Ah, 60Ah, 94Ah 등 4종류로 전기차나 플러그인 하이브리드카(PHEV) 등의 전기자동차에 폭넓게 적용할 수가 있는 것도 장점이다.
한 마디로 꿈의 배터리인 셈이다.
기존 리튬이온 배터리는 최대 항속거리가 길어야 500km 정도이며 급속 충전을 하더라도 최소 30분은 걸린다.
때문에 토요타자동차, 테슬라 등 차 업체와 LG화학 등 배터리업체는 물론 진공청소기 업체인 다이슨까지 단 몇 분 만에 완전 충전이 가능한 전 고체전지 개발에 집중하고 있다.
차세대 전기차시장의 주도권은 누가 보다 큰 용량의 배터리를 더 빨리 충전시킬 수 있는 기술을 확보하느냐에 달려있기 때문이다.
삼성종합기술원(SAIT) 연구원들이 삼성 SDI, 서울대 화학생물 공학부와 공동으로 개발한 ‘그래핀 볼은 새로운 유형의 배터리 소재다.
그래핀은 흑연에서 벗겨 낸 얇은 탄소 원자막으로, 이 물질은 물리적, 화학적 안정도가 뛰어나 배터리나 디스플레이 등의 분야에서 신소재로 주목을 받고 있다.
특히, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 실리콘보다 140배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수가 있어 급속 충전용 소재로 알맞은 것으로 평가받고 있다.
삼성은 기존의 실리콘이나 다른 형태의 탄소에 대한 대안으로 탄소의 동소체인 그래핀에 대해 수년 동안 연구를 진행해 온 결과 마침내 차세대 2차전지에 사용 가능한 소재 개발에 성공했다.
삼성측은 이론상으로는 그래핀 볼 기반의 차세대 배터리가 완전 충전까지 12분밖에 걸리지 않는다고 밝히고 있다.
이는 모바일 기기는 물론 전기자동차까지 혁명적인 수준이다. 특히, 기존의 리튬이온 배터리에 비해 그래핀 볼 기반의 배터리는 훨씬 더 차가운 곳이나 섭씨 60도에서도 안정적인 수준을 유지할 수 있는 것으로 알려지고 있다.
자동차나 모바일 기기에 사용되는 배터리는 아직은 온도변화에 민감하기 때문에 향후 전기 자동차에서 풀어야 할 핵심과제 중의 하나였다.
SAIT는 그동안 배터리에 고강도 및 전도성을 지닌 물질인 그래핀 볼을 적용하는 방법을 모색해 왔으며, 저렴한 실리카를 사용해 그래핀을 팝콘과 같은 3D 형태로 대량 합성하는 메커니즘을 발견했다.
이 그래핀 볼은 리튬이온배터리의 음극 보호층과 음극재 모두에 사용되면서 충전용량 증가외 충전시간 감축 및 극히 안정된 온도를 보장한다.
이 프로젝트를 이끌고 있는 SAIT의 손인혁 박사는 다기능 복합 재료인 그래핀을 합리적인 가격에 대량 합성할 수 있었으며 동시에 리튬 이온 배터리의 성능을 크게 향상시킬 수 있었다고 밝혔다.
SAIT는 미국과 한국에서 그래핀 볼에 대한 두 건의 특허를 신청했다.
삼성은 그래핀 볼 배터리의 정확한 양산 시점에 대해서는 언급하지 않고 있지만 만약 상용화된 제품이 출시되면 일본 파나소닉과 LG화학이 장악하고 있는 전기차 배터리 시장의 판도를 단 번에 바꿀 수 있을 것으로 전망되고 있다.
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[사설]’그래핀 볼’ 배터리로 세계 1위 내달리자
리튬이온전지 충전 속도를 기존 대비 5분의 1로 단축시킬 수 있는 소재가 한국에서 처음 개발됐다. 차세대 소재로 각광 받고 있는 그래핀으로 만든 ‘그래핀 볼(공)’이다. 이 소재를 쓰면 배터리 크기를 늘리지 않고도 충전 용량을 100% 가까이 늘릴 수 있는 것으로 알려졌다. 물성에 따른 안정성도 뛰어나 열 발생이 불가피한 전기자동차용 전지로도 유망하게 평가된다.
현재 소형 리튬이온전지 세계 점유율 1위를 달리고 있고, 전기차·에너지저장장치(ESS)용 중대형 리튬이온전지 시장 확대를 노리고 있는 우리나라로선 새로운 기술 돌파구가 마련된 셈이다.
리튬이온전지는 일본이 우리보다 앞서 상용화했다. 그러나 절연체, 소재, 분리막 등 기술 고도화를 지속하면서 모바일 기기에 들어가는 소형 전지부터 우리가 일본을 제쳤다. 최근 급성장하고 있는 전기차용, ESS용 등 용량이 큰 시장까지 우리가 주도권을 잡아야 하는 과제가 있다. 그러나 중국이 예사롭지 않다. 코발트, 리튬 등 희소 원재료 공급권이 있는 중국이 전지 원천 기술까지 확보한다면 우리로선 결코 가벼운 상대가 아니다.
막다른 골목과 같은 경쟁 국면 속에서 ‘그래핀 볼 배터리’ 같은 혁신 기술은 막힌 벽을 뚫고 우리가 다시 격차를 만들 수 있게 하는 무기다. 충전 속도 5분의 1 단축은 리튬이온전지 자체가 안고 있는 재료의 속성을 뛰어넘는 기술이다. 하루빨리 상용화로 이어져 우리가 양산 기술까지 갖춘다면 세계 자동차 메이커는 이 배터리를 공급 받기 위해 줄을 설 것이다. 용량 확장이 가능하다는 것은 전지 수명과 원재료 수급 타이밍을 늦출 수 있는 중요한 요인이기도 하다.
원천 기술 강국 일본과 재료·시장을 틀어쥔 중국에 맞설 수 있는 경쟁력은 기술밖에 없다. 일본과 중국 사이에서 차세대 배터리 1위국을 이어 갈 수 있는 길은 그래핀 볼과 같은 혁신 기술밖에 없다.
차세대 배터리의 핵심이 될 그래핀 배터리
[테크월드=배유미 기자]첨단기기와 다양한 전자기기의 등장과 함께, 배터리 기술도 현대사회에서 중요한 기술 중 하나로 자리잡게 됐다. 연구원, 제조업체와 최종사용자를 대상으로 하는 회사들은 매번 새로운 기술에 걸맞게 배터리도 발전시키고 있다. 배터리 기술은 소비자들의 수요에 맞춰 작고 가벼우면서도 높은 효율성을 가지는 방향으로 개발되고 있다. 이에 따라 업계와 연구진들은 최근 몇 년간 기존의 전기화학 기술을 넘어 나노 소재 전극에 관심을 갖고 있다.
현 배터리 기술은 리튬이온 배터리로 2019년 노벨화학상을 수상했을 정도로, 문제가 있는 것은 아니다. 하지만 지난 10년 간 기술적인 변혁이 있었던 것처럼, 항상 변화하려는 시도를 하지 않으면, 전자산업에서 기술적 발전을 기대하기는 어려울 것이다.
리튬이온 배터리는 좋은 에너지 밀도를 가지고 있으며, 안전하다는 특징을 가지고 있다. 또한 어디에서나 쉽게 발견할 수 있다. 하지만 더 많은 발전 가능성을 가지고 있기에, 업계에서는 나노 소재를 적용한 리튬이온 배터리 개발에 팔을 걷고 나섰다.
벌크 소재에서 나노 소재로 이동하는 이유
업계가 벌크(Bulk)소재 대신 나노 소재를 찾게 되는 이유는 다양하다. 무엇보다 나노 소재를 이용하면, 적은 양으로도 많은 이익을 볼 수 있다.
모든 나노 소재가 배터리에 적합한 것은 아니다. 가장 적합한 소재는 전도성을 띠면서 고체 상태이고, 매우 얇아야 할 것이다. 또한 다행히도, 전극에 나노 소재를 적용하는 것은 배터리의 구동 시스템을 변경하지 않아도, 효율성을 높일 수 있다. 물론 입자의 크기나 원자 홀 등 여러 이유로 이온이 전극으로 이동하는 메커니즘에 약간 차이가 있을 수 있다. 그러나 배터리의 일반적인 작동 메커니즘은 동일하게 유지된다. 이는 새롭게 배터리를 개발하는 것보다 안전하며, 효율성 또한 향상될 수 있음을 의미한다. 때로는 현 상태를 개선하는 것이 완전히 새로운 것을 개발하는 것보다 더 효율적이다.
적절한 조건을 갖춘 나노 소재는 벌크 소재보다 높은 전기 전도성을 가지며, 전하운반성도 높다. 이는 벌크 소재보다 나노 소재의 표면적이 더 넓기 때문에 일어나는 현상이다. 또한, 나노 소재는 벌크 소재에 비해 매우 얇기 때문에, 유연성도 갖는다. 즉, 흔히 볼 수 있는 무기소재에 비해 유연하기에 웨어러블 기술에 사용되는 배터리에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 작은 크기에도 불구하고 나노재료들은 안정적이며, 높은 온도에서 잘 견딘다. 또한, 강력한 화학 성질을 띠며, 물리적 스트레스도 높다. 모든 나노 소재가 그런 것은 아니지만, 대부분의 나노 소재가 이와 같은 특성으로 배터리 전극에 사용될 수 있다.
물론, 나노 소재에도 제조과정이 복잡해 가격이 비싸다는 단점이 있다. 하지만 나노 소재는 더 적은 양으로도 벌크 소재와 같은 효과를 낼 수 있기 때문에, 대중적으로 알려진 것처럼 많은 비용이 들지는 않을 것이다. 더불어 폐기물도 적게 생산되고, 더 가볍다는 장점도 가지고 있어, 배터리에 유용하게 사용될 수 있다.
가장 주목받는 나노 소재는 그래핀
여러 나노 소재들 중 가장 유력한 후보로 지목된 소재는 그래핀(Graphene)으로, 이는 주로 프로토타입 단계에서 볼 수 있다. 다양한 산업군의 기업들이 상업적으로 그래핀 배터리를 제조하고 있다. 특히, 그래핀은 이미 휴대폰 내 쿨링시스템에 사용되고 있다. 또한 익명의 소식통에 따르면, 한 대형 휴대폰 제조업체는 이후 출시할 휴대폰에 그래핀 배터리를 곧 사용할 예정이다.
그래핀은 나노 소재가 가지고 있는 장점의 총집약체다. 그래핀 하나로 여러 물질들의 이점을 충족시킬 수 있는 것이다. 실제 그라파이트(Graphite, 흑연으로 그래핀은 흑연의 여러 탄소층 중 한 층을 나타낸다)는 많은 배터리 내 소재로 사용되고 있으며, 이 그라파이트 전극을 사용하는 시스템 또한 개발돼 있다.
그래핀은 지금까지 알려진 소재들 중 가장 전기 전도성과 전하이동성이 높다. 인장강도와 유연성도 높으며, 고온과 강한 화학 물질에서도 안정적이다. 이는 대부분의 나노 소재, 벌크 소재보다 높다. 이처럼 그래핀은 환경의 영향을 받지 않고 같은 성능을 유지할 수 있는데, 이와 같은 물성은 배터리가 열의 영향을 받지 않는다는 의미이기에, 매우 중요하다. 또한, 단일 층의 그래핀은 광학적으로 투명한데, 이는 투명 전극이나 투명 전도성 필름 등에 사용될 수 있다.
이외에도 그래핀은 다양한 곳에 이용될 수 있으며, 그 특성과 잠재력은 많은 사람들에게 인정받고 있다. 때문에 업계는 전 세계적으로 그래핀 생산과 적용을 준비하고 있으며, 이는 다양한 형태로 규모에 따라 생산될 수 있을 예정이다. 특히, 원자재 측면에서 다른 나노 소재보다 확장성이 뛰어나기에, 더욱 실용적이다.
그래핀 배터리, 상용화까지는 시간 필요해
현재 업계는 개인 소비자 대상이든 기업을 대상으로 하는 원격 모니터링 장비든 더 효율적이고 작은 배터리를 만들기 위한 방향으로 움직이고 있다. 각 업체들은 배터리 시스템에 나노 소재를 사용하기 위한 시도를 지속하고 있는데, 조금만 더 비용을 투자하면 이익이 생기고 배터리의 소형화도 가능해지기 때문이다.
많은 기업들이 그래핀 배터리 생산을 시도하고 있다. 하지만 실제 소비자들이 사용하거나 더 광범위하게 사용되기까지는 좀 더 시간이 걸릴 것으로 보인다. 현재 정체돼 있는 상태에서 다음 단계로 변화하기 위해서는, 오랜 시간이 걸릴 수 있다.
글: 리암 크리츨리(Liam Critchley)
자료제공: 마우저 일렉트로닉스
전고체 vs 그래핀, ‘꿈의 배터리’ 승자는?
전기차의 핵심부품인 배터리가 고공성장을 거듭하면서 2020년대에는 글로벌산업을 주도할 제2의 반도체가 될 것이라는 전망이 나온다. <머니S>는 글로벌 배터리시장 경쟁과 차세대배터리 개발 현황을 살펴봤다. 또한 배터리가 진정한 친환경으로 거듭나기 위한 필수조건인 ‘폐배터리 재활용’ 준비 상황도 점검해봤다. [편집자주] [배터리 전쟁-중] ‘차세대’ 개발, 누가 먼저 웃을까
스마트폰, 노트북, 스마트워치 등 휴대용 전자기기에 이어 에너지저장시스템(ESS)과 전기차 수요도 증가할 조짐을 보이면서 2차배터리가 주목받는다. 2차배터리는 충전과 방전을 자유롭게 할 수 있는 장점을 내세워 각종 전자제품에 빠지지 않는 요소로 자리잡았다.
현재 2차배터리시장의 주류는 리튬이온배터리다. 1991년 소니가 니켈카드뮴배터리를 대체하기 위해 선보인 이 배터리는 니켈카드뮴보다 에너지밀도가 두배 높고 별도의 충전기가 필요없다는 장점으로 시장을 석권했다. 하지만 등장한 지 28년 된 리튬이온배터리가 5~10년 이내에 성능향상 한계에 도달하고 화재 위험성을 내포한 것으로 알려지면서 차세대 전지인 ‘전고체배터리’와 ‘그래핀배터리’가 주목받기 시작했다.
전고체 배터리. /사진제공=삼성전자
전고체배터리는 기존 리튬이온배터리의 양극과 음극 사이를 채운 액체전해질을 고체로 바꾼 것이다. 기존 리튬이온배터리의 액체전해질이 화재를 일으킬 수 있다는 취약점을 개선한 것으로 차세대 배터리의 선두주자로 꼽힌다. 액체전해질을 세라믹 등 고분자 고체 물질로 대체할 경우 발열과 인화성이 대폭 줄어든다. 또 전고체배터리는 용량과 부피, 형태의 변형이 자유로워 개발이 용이한 장점을 지녔으며 부품이 덜 들어가는 만큼 무게도 가벼워진다.전고체배터리 개발에 가장 적극적인 분야는 전기차업계다. 전기차에서 배터리가 차지하는 비중은 제조원가의 30~40%에 달한다. 때문에 최근 전기차업계는 차세대배터리 개발에 직접 투자하는 등 관련 기술 확보에 나선 상황이다. 전고체배터리가 상용화돼 전기차에 탑재될 경우 주행 중 발생하는 충격으로부터 자동차를 보호하고 충전시간과 내구성에서 리튬이온배터리를 뛰어넘을 것으로 기대를 모은다.전고체배터리 개발에서 가장 앞선 기술력을 보유한 기업은 일본의 완성차업체 토요타다. 이들은 전고체배터리 연구소 건립에 1조5000억엔(약 1조6000억원)을 투자해 전세계에서 가장 많은 233개 전고체배터리 관련 특허를 확보했다. 도요타는 2022년 전고체배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이다.
다임러도 전고체배터리 개발에 2억유로(약 2616억원)를 들여 폴란드에 관련설비를 구축 중이다. 독일의 폭스바겐도 스웨덴 배터리 생산업체 노스볼트에 9억유로(약 1조1793억원)을 투자해 전고체배터리 확보에 열을 올린다. 르노·닛산·미쓰비시는 연합을 결성했다. 이들은 미국의 전고체 개발 스타트업 아이오닉머티리얼에 10억달러(약 1조1989억원)를 쏟아부어 2025년 전고체배터리 탑재 전기차를 생산할 계획이다.전기차 최대시장인 중국도 전고체배터리 개발에 사활을 걸었다. 칭다오에너지디벨롭먼트는 지난해 말 중국 장쑤성에 10억위안(약 1682억원)을 투자해 전고체전지 생산공장을 구축했다. 이 업체는 2020년 중 전고체배터리를 탑재한 전기차를 양산할 계획이지만 실제 대량생산까지는 적지 않은 시일이 걸릴 전망이다.국내 완성차업체인 현대자동차도 남양연구소의 배터리 선행 개발팀을 중심으로 전고체배터리를 개발 중이다. 이어 지난해에는 연료전지 개발 기업 솔리드파워에 투자하는 등 전고체배터리에 집중하는 모습이다. 다만 현대차를 비롯한 국내 완성차업체의 전고체배터리 기술은 일본에 비해 3~5년 뒤쳐졌다. 한국전자부품연구원 관계자는 “전반적인 용량은 기존 리튬이온배터리와 비슷한 수준에 도달했지만 수명을 늘리는 기술을 해결해야 한다”며 “국내 완성차업계가 전고체배터리 자동차를 상용화 하는 것은 2026년 이후에 가능할 것”이라고 말했다.
그래핀볼. /사진제공=삼성전자
전기차시장에서 전고체배터리 개발이 뜨거운 화두라면 휴대용 전자기기에서는 그래핀배터리가 눈길을 끈다. 그래핀배터리에 사용되는 소재는 꿈의 물질이라 불리는 ‘그래핀’이다. 2004년 영국 맨체스터대학 연구팀이 발견한 이 소재를 2017년 11월 삼성전자와 삼성종합기술원(SAIT), 삼성SDI, 서울대화학생물공학부가 저렴한 실리카(SiO2)를 활용해 ‘그래핀볼’ 형태로 개발에 성공하면서 2차배터리 소재로 떠올랐다.흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소원자막인 그래핀은 물리·화학 안정도가 뛰어나 배터리와 디스플레이 관련 분야에서 마법의 소재로 각광받는다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체의 원료인 실리콘보다 전자의 이동속도가 140배 이상 빠르며 강철보다 200배 이상 강한 강도를 자랑한다. 가벼운 무게와 신축성은 덤이다.지난달 GSM아레나, 씨넷 등 외신은 “삼성전자가 이르면 2020년 차세대 배터리인 그래핀배터리를 탑재한 스마트폰을 출시할 것”이라고 보도했다. 외신들은 “비용과 용량문제가 남아있지만 그래핀배터리는 30분 만에 스마트폰을 완전 충전 할 수 있다”고 언급하며 기대감을 보였다. 이에 삼성 측은 “그래핀배터리는 현재 담당 부서에서 상용화를 위한 연구를 꾸준히 진행 중”이라며 “다만 구체적인 일정은 아직 사내에서 언급된 바 없다”고 말했다.결국 외신의 보도는 해프닝으로 끝났지만 그래핀배터리에 대한 시장의 기대감을 보여주기 충분했다. 업계 관계자는 “지난해 말 SAIT가 그래핀배터리 기술 특허를 취득한 후 외신의 관련 보도가 나오면서 기대감이 한껏 고조된 상태”라며 “그래핀배터리는 이론상 같은 크기의 리튬이온배터리 대비 45% 많은 에너지를 저장할 수 있으며 충전시간도 80% 단축할 수 있다. 상용화에 성공하면 차세대 배터리시장을 좌우할 만큼 큰 영향력을 미칠 것”이라고 말했다.
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