낮에는 햇빛용, 밤에는 실내조명용으로 조합을 바꿔 온종일 충전해 쓸 수 있는 모듈형 광 충전 배터리를 국내외 공동연구진이 내놨다.

2일 울산과학기술원(UNIST)은 화학과 권태혁 교수팀이 영국 케임브리지대학교 마이클 드 볼더 교수팀과 함께 낮·밤용으로 조합을 바꿔 쓸 수 있는 모듈형 광 충전 배터리 구조를 개발했다고 밝혔다.

광 충전 배터리는 태양전지로 만든 전기가 곧장 배터리로 들어가 충전되는 장치다. 외부 전력선 없이 주변 빛으로 스스로 충전할 수 있어 전선을 연결하기 어렵거나 배터리를 자주 교체하기 힘든 사물인터넷 기기나 무선 센서용 독립 전원으로 주목받는 기술이다.

연구팀이 개발한 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 리튬금속 음극을 적용했다.

실험 결과 햇빛용 모듈을 적용한 리튬금속 배터리는 표준 태양광 조건에서 10분 만에 70%까지 충전됐다.

실내조명용 모듈도 사무실 밝기인 1천럭스에서 빛만으로 충전한 뒤 전기를 내보냈다. 배터리를 사용하면서 빛을 비추자 빛이 없을 때보다 사용할 수 있는 용량이 늘었다고 연구팀은 설명했다.

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

배터리를 물탱크에 비유하면 저장 용량은 탱크 크기, 충전 전압은 물을 밀어 넣는 수압과 같은데, 저장 용량이 큰 배터리도 태양전지에 오는 전기 전압이 맞지 않으면 충전이 되지 않는다.

연구팀이 개발한 배터리는 연결 위치만 바꿔 충전에 필요한 만큼 태양전지 전압을 높일 수 있는 구조다. 리튬인산철 양극이 들어 있는 광 충전 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 연구로 실내외 빛 조건에 맞춰 배터리를 안정적으로 충전할 수 있는 구조를 확보해 광 충전 이차전지 상용화의 큰 문턱을 넘었다"며 "전력선 연결이나 주기적 배터리 교체가 까다로운 사물인터넷 기기 유지보수 비용 문제를 해결할 수 있는 기술이 될 것"이라고 말했다.

한국전력공사와 영국 연구혁신기구 지원을 받은 이번 연구 결과는 에너지 저장 분야 학술지 '에너지 스토리지 머티리얼스'(Energy Storage Materials) 8월호에 게재됐다.