많은 분들이 기다리던 갤럭시 노트7이 출시되었습니다. 자유롭게 남다르게라는 슬로건에 맞춰 갤럭시 노트7은 활용성이 높아진 S펜, 큰 화면, 방수 그리고 생체 정보 중 가장 안전한 보안 방식이라는 홍채인식 등 다양한 기능을 기반으로 소비자들의 구매 욕구를 자극하고 있습니다. 또한 아직 출시되지 않은 아이폰 7도 이어폰 단자 제거, 새로운 스피커 추가, 홈버튼의 변신 그리고 새로운 컬러의 적용 등 다양한 소문이 떠돌면서 벌써부터 많은 사람들의 궁금증을 증폭시키고 있는데요. 아직 출시도 되지 않은 제품이 벌써 사용해본 것 같은 느낌이 들 정도입니다. 여러분은 어떤 제품에 관심을 가지고 계신가요?
이렇게 새로운 기술력을 바탕으로 소비자들의 편의를 위한 다양한 기능으로 무장한 신제품이 등장할 때면 항상 많은 사람들이 궁금해하는 부분이 있습니다. 바로 배터리의 용량입니다. 언젠가부터 우리는 배터리의 노예가 되어 콘센트만 보면 충전을 해야한다는 강박관념이 생겼고, 얇고 가벼운 스마트폰을 구입했다는 기쁨도 잠시 스마트폰보다 크고 무거운 보조 배터리를 들고 다녀야 하는 것이 현실이 되었습니다. 그래서 고성능을 가진 새로운 스마트폰이 나오면 배터리 용량도 같이 확인하게 됩니다. 그런데 단순히 용량을 늘리는 것이 아닌, 배터리의 성능을 늘리는 기술이 나왔다고 하는데요. 미래 첨단기술의 핵심이라고 불리는 배터리 기술에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
충전과 방전의 원리가 풀리다! #배터리 수명 연장
스마트폰이 점점 얇아지고, 소비자의 취향 저격을 위해 다양한 디자인이 적용되면서 최근에는 배터리를 분리할 수 없는 스마트폰이 늘어나고 있는데요. 이렇게 배터리 교체가 어려워지면서 사람들의 관심은 배터리 수명으로 쏠리게 되었습니다. 게임, 채팅, 인터넷 검색 등 대부분의 기능들이 인터넷을 기반으로 움직이다 보니 배터리는 빨리 소모될 수밖에 없는데요. 특히 잦은 충전과 방전으로 인해 스마트폰을 산 지 6개월 이상 지나면 배터리 교체를 고민하게 되는데요. 이렇다 보니 구형 스마트폰을 사용하고 있는 사람들은 유선전화기처럼 충전기를 꼽고 있어야 하는 해프닝도 있을 정도입니다.
도대체 영원히 사용할 수 있을 것 같은 배터리의 수명이 줄어드는 이유는 무엇일까요? 지금까지 우리는 정확한 이유도 모르고 배터리 수명이 줄어드는 걸 당연하게 받아들였습니다. 그런데 최근 우리나라 과학자들에 의해서 비밀이 풀렸습니다. 스탠퍼드대 임종우, 소홍윤, 이상철 박사 그리고 로렌스버클리 국립연구소 유영상 박사 등 한국인 과학자들이 주도되어 충전과 방전의 근본적인 원리를 풀었습니다.
▲ 충전과 방전 과정에서 보이는 리튬이온(출처: http://phys.org/)
연구팀이 원리를 밝혀낸 방법은 직접 리튬이온 배터리의 안을 들여다보는 방식인데요. 입자가속기와 특수 제작한 1㎛의 미니어처 리튬이온 배터리를 이용해 배터리로 리튬이온이 들어가고 나가는 과정을 실시간을 관찰한 것입니다. 관찰을 통해 리튬이온이 배터리를 불규칙적으로 들어갔나 나왔다 하는 모습을 보았는데요, 이 과정에서 리튬이온이 많이 들어가는 곳에 무리가 가게 되고 무리가 간 부분에 금이 생겨 배터리의 수명이 줄어든다는 것입니다. 이런 현상은 방전보다는 충전과정에서 더 크게 일어나는 것으로 확인되었습니다. 또한 리튬이온의 속도공식까지 밝혀내 앞으로 배터리 수명 증가에 큰 진전이 있을 것으로 기대되고 있습니다.
웨어러블 기기 날개를 달다! #유연한 태양전지
최근 휴대용 전자기기 시장은 들고 다니는 시대를 뛰어넘어 입고 다니는 시대를 맞이하고 있습니다. 과거 영화에서나 볼 수 있던 장면들이 눈 앞에서 직접 펼쳐지게 되었는데요. 손목에 시계처럼 착용하는 스마트폰, 안경처럼 직접 쓰는 내비게이션, 옷처럼 입는 노트북 등 다양한 제품들이 등장을 예고하고 있는데요. 이미 애플워치, 미밴드 등은 출시되어 많은 사람들의 인기를 얻고 있습니다. 이런 웨어러블 기기의 개발에는 하나의 큰 걸림돌이 있었습니다. 그것은 바로 배터리였는데요. 제품의 외관을 담당하는 휘어지는 플라스틱, 섬유 그리고 각종 기능이 보여지는 휘어지는 디스플레이가 개발되었지만, 배터리를 휘는 것은 불가능하다 보니 그동안 웨어러블 기기 개발에 한계가 있었습니다.
▲ 유연성을 가진 태양전지(출처: 광주과학기술원, https://www.gist.ac.kr/)
불규칙적인 형태의 인체에 착용하는 것이 웨어러블 기기이기 때문에 가장 중요한 요소는 바로 유연성입니다. 그래서 많은 학자들이 유연한 성질을 가진 배터리 소재에 대한 연구를 하고 있는데요. 최근 볼펜에 감길 정도로 유연한 태양전지가 개발되었습니다. 대부분 에너지 변화 효율이나 전자 이동과 같은 전기적 성능이 우수한 반도체는 딱딱하고 평평한 성질을 가지고 있어 웨어러블 기기에 적합하지 않은데요. 광주과학기술원 연구진이 두께 1㎛로 태양전지를 제작하여 유연성을 확보했습니다.
▲ 태양전지의 성능을 높일 수 있는 신소재(출처: 한국과학기술원, http://www.kaist.ac.kr/)
또한 한국과학기술연구원에서는 유연한 성질을 가지고 있는 태양전지의 성능을 높일 수 있는 신소재를 개발하였는데요. 기존의 태양전지 안에 새로운 물질을 넣어 태양전지의 성능을 높이는데 성공하였습니다. 전기를 흘리는 성질이 뛰어난 PhNa-1T라는 새로운 고분자 물질을 통해 기존 전지보다 높은 효율을 얻게 되었습니다. 또한 기존의 제품들은 산성이 강해 인체에 적합하지 않은 문제점을 가지고 있었는데, 신소재 개발로 이러한 문제점까지 해결하게 되었습니다.
지금까지 차세대 배터리 기술에 대해서 알아보았는데요. 전자기기의 기능이 급속도로 발전하고, 소형화되고 형태가 다양화되면서 전자기기에서 배터리의 역할을 점점 더 중요해지고 있습니다. 그러다 보니 많은 연구진들이 새로운 전자기기에 적용할 수 있는 배터리 기술을 개발하기 위해 끊임없이 노력을 아끼지 않고 있습니다. 즉 미래 에너지의 핵심은 배터리 기술에 달려있다고 해도 과언이 아닐 텐데요. 앞으로 다양한 배터리 기술이 개발되어 영화 속에서나 보던 전자기기들을 하루빨리 사용할 수 있게 되길 기대해봅니다.
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