- UNIST·케임브리지대, 10분 만에 70% 충전·사용 중에도 전력 보충

광충전 배터리 모듈.[UNIST 제공]
광충전 배터리 모듈.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 낮에는 햇빛, 밤에는 실내조명으로 하루 종일 충전할 수 있는 새로운 배터리가 등장했다.

UNIST(울산과학기술원) 화학과 권태혁 교수팀은 영국 케임브리지대학교 마이클 드 볼더 교수팀과 함께 낮과 밤 조합을 바꿔 쓸 수 있는 모듈형 광충전 배터리 구조를 개발했다고 2일 밝혔다.

광충전 배터리는 태양전지로 만든 전기가 곧장 배터리로 들어가 충전되는 장치다. 전기를 만드는 장치와 전기를 저장하는 배터리가 하나의 장치안에 있는 셈이다. 외부 전력선 없이 주변 빛으로 스스로 충전할 수 있어, 전선을 연결하기 어렵거나 배터리를 자주 교체하기 힘든 사물인터넷 기기와 무선 센서용 독립 전원으로 주목받는 기술이다.

연구팀이 개발한 모듈형 광충전 배터리는 배터리 모듈은 그대로 두고 태양전지 모듈만 빛의 세기에 맞춰 바꿔 쓸 수 있다. 낮에는 햇빛용 모듈을, 밤에는 약한 빛을 받아도 높은 전압을 내는 실내조명용 모듈을 연결하는 식이다. 배터리에는 대용량 소재인 고체 리튬인산철(LFP) 양극과 리튬금속을 음극으로 사용했다.

실험 결과, 햇빛용 모듈을 적용한 리튬금속 배터리는 표준 태양광 조건에서 10분 만에 70%까지 충전됐으며 방전 에너지밀도는 327.8mWh/g을 기록했다. 실내조명용 모듈도 사무실 밝기인 1000럭스에서 빛만으로 충전한 뒤 전기를 내보냈다. 배터리를 사용하면서 빛을 비추자 빛이 없을 때보다 사용할 수 있는 용량도 늘었다.

이 같은 성능은 배터리의 저장량뿐만 아니라 충전에 필요한 전압까지 맞출 수 있는 구조 설계 덕분이다.

이번 연구를 수행한 권태혁(왼쪽) UNIST 교수와 김병만 박사.[UNIST 제공]
이번 연구를 수행한 권태혁(왼쪽) UNIST 교수와 김병만 박사.[UNIST 제공]

개발된 모듈형 광충전 배터리는 연결 위치만 바꿔 배터리에 충전에 필요한 만큼 태양전지 전압을 높일 수 있는 구조다. 리튬인산철 양극이 들어 있는 광충전 배터리 칸 1개 옆에 전압을 보태는 태양전지 칸 4개를 직렬로 붙여, 1칸·3칸·5칸의 전압을 골라 쓰는 방식이다. 높은 전압이 필요한 리튬금속 배터리를 충전할 때는 5칸을 모두 연결했다.

권태혁 교수는 “이번 연구는 강한 태양광부터 약한 실내조명까지 넓은 조도 범위에서 충전할 수 있는 리튬금속 이차전지와 광충전 이차전지를 설계하기 위한 기준을 제시한 것”이라며 “현재 대부분 소실되는 인공조명의 빛을 전기로 바꿔 저장하면 외부 전력선이나 잦은 배터리 교체없이 작동하는 무선 독립전원 개발에 활용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 스토레지 머터리얼즈’ 8월호에 출판됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com