스마트폰이나 노트북을 일반 정전류(constant-current, CC)가 아닌 펄스전류(pulsed current, PC)로 충전하면 배터리 수명이 2배가량 늘어난다는 연구 결과가 나왔다.
독일 훔볼트대학교 연구팀은 고도의 충전 프로토콜인 펄스전류를 이용한 충전은 스마트폰 등에 탑재되는 리튬이온전지의 수명을 2배가량 연장해 줄 가능성이 있다고 9일 발표했다.
스마트폰부터 전기차까지 많은 제품에 들어가는 리튬이온전지는 1회 충방전을 수백 사이클 반복하면서 서서히 열화한다. 시간이 갈수록 배터리를 충전할 때 사용 가능한 최대 용량이 서서히 줄어든다.
현존하는 최첨단 리튬이온전지는 전극에 리튬·니켈·망간·코발트 산화물(NMC532)과 흑연을 적용한다. 사용 연수는 대개 5~8년에 충전 사이클은 300~500회다.
연구팀이 주목한 펄스 충전은 펄스전류를 이용한다. 일정한 전류를 흘리는 정전류와 달리 극히 짧은 주기로 파형을 그리듯 흐르고 끊어지는 펄스전류를 사용하면 리튬이온전지의 수명이 늘어날 것으로 연구팀은 추측해 왔다.
가설을 입증하기 위해 연구팀은 시판 중인 리튬이온전지를 정전류와 펄스전류로 각각 충전해 100사이클마다 배터리 상태를 점검했다. 그 결과 펄스전류로 충전한 배터리는 정전류로 충전한 전지 대비 수명이 2배로 나타났다.
실험 관계자는 "정전류로 충전한 배터리는 500사이클 시점에 충전 용량이 80%를 넘지 못했고, 1000사이클 이후 37.8%까지 떨어졌다"며 "주파수가 100Hz인 펄스전류(Pulse-100)로 충전한 배터리는 80%가 될 때까지 700사이클을 버텼고, 1000사이클 이후에도 66.48%의 용량을 유지했다. 주파수 2000Hz의 Pulse-2000에서는 1000사이클이 넘어도 80% 이상의 성능을 보여줬다"고 전했다.
이어 "정전류로 충방전을 반복한 배터리에서는 전류가 흘러드는 전극, 즉 애노드 표면에 형성되는 고체전해질 계면(SEI)이 두꺼워졌고, 이로 인해 충전량이 제한됐다"며 "NMC532와 흑연으로 만들어진 전극에도 무수히 많은 균열이 확인됐는데, 이 역시 배터리 용량 감소의 원인"이라고 덧붙였다.
연구팀에 따르면, 펄스전류로 충전한 배터리는 SEI가 보다 얇고 전극에 대한 손상도 상대적으로 경미했다. 정전류로 충전한 배터리의 전극은 약 110㎚(나노미터)의 막이 붙었지만, 펄스전류는 막 두께가 절반인 약 50㎚였다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
