[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.