英 스타트업, 안전하고 충전 빠른 '카본-이온' 배터리 개발 중

영국의 스타트업 잽고(ZapGo Ltd.)가 새로운 불연성 급속 충전 배터리를 개발하고 있다. 리튬 이온 배터리의 용량을 갖추면서도 보다 안전한 배터리가 등장할 수 있으며 어쩌면 2년 내에 소비자용 스마트폰에 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

회사에 따르면 잽고의 카본이온(Carbon-Ion) 배터리는 오늘날 스마트폰, 전기 자동차, 자동차, 산업용 장치에 사용되고 있는 수 십억 개의 리튬이온 배터리를 대체할 안전한 대체재가 될 수 있다. 삼성의 갤럭시 노트(Galaxy Note) 7 스마트폰을 포함해 여러 제품에 사용되는 리튬이온 배터리는 과열, 화재, 폭발 가능성을 가지고 있다.

영국의 옥스포드(Oxford)에 위치하고 있는 잽고는 1월 CES(Consumer Electronics Show)에서 자사의 잽&고(Zap&Go) 카본이온 셀을 선보였던 바 있다.

잽고는 해당 배터리 기술을 이용해 히스로공항(Heathrow Airport)에서 승객들을 운송하기 위해 사용하는 자율주행 셔틀 버스에 동력을 공급하는 시험에 성공했다고 회사의 CEO 스티븐 롤러가 16일 한 인터뷰에서 밝혔다.

또한 잽고는 CES에서 18볼트 휴대용 드릴, 레이저(Razor) E300 스쿠터, 무선 청소기를 작동시키는데 사용할 수 있는 소형 버전의 배터리도 선보였다.

볼러는 자사의 카본이온 배터리 셀의 첫 번째 버전이 약 2년 후에 아이폰 10 또는 삼성 갤럭시 S10에 사용될 수 있을 것이라고 기대했다. 그는 여러 스마트폰 제조사들이 특히 안전을 이유로 리튬이온 대신에 카본이온을 사용하는데 관심을 보였다고 말했다.

그에 따르면 카본이온은 “화재의 위험이 전혀 없다.” 그는 “불에 탈 것이 없다. 배터리가 리튬에 기초하지 않고 내부에 가연성 물질이 전혀 없기 때문이다. 더 안전하고 빠르게 충전된다”라고 말했다.

리튬이온 배터리는 유기 전극에 의존하기 때문에 일종의 누전이 존재할 경우 화재가 쉽게 발생한다. 잽고는 대신 셀에 그래핀을 포함한 나노카본 물질과 이온 전극을 사용한다. 미국 등지에서 특허를 받은 이 기술에 관한 좀더 자세한 설명은 기업의 백서(PDF)에서 찾아볼 수 있다.

카본이온 기술을 뒷받침하는 이 기술은 약 6년 전 옥스포드대학교 (Oxford University)의 연구원들의 성과에서 시작되었다. 2013년에 설립된 잽고는 이 기술을 더욱 발전시켜 현재 3곳의 비공개 시설에서 배터리를 생산하고 있다. 해당 기업은 현재 약 25명의 직원들을 보유하고 있다.

이 배터리는 현재 3세대 단계이며 무선 전동공구 등의 일부 산업용 제품에 적용되기도 했다. 히스로 셔틀 버스에 사용되는 카본이온 배터리는 페인트 통 정도의 크기로, 탑재된 온보드 리튬이온 배터리를 충전하기 위해 사용된다.

셔틀 버스나 적용된 소비자 제품의 경우 회사의 카본이온 셀은 대단히 빠른 충전 시간 특성을 가진다. 때로는 1-2분 정도의 짧은 시간 안에 충전이 가능하다.

히스로 셔틀 버스의 경우 리튬이온 배터리를 충전하는데 수 시간이 소요되는데 반해 카본이온 배터리를 35초 만에 충전할 수 있다. 전동 드릴 배터리 충전에는 60초가 소요된다. 스쿠터 충전에는 약 5분이 소요되며 1회 충전 시 라이더의 체중에 따라 15분 이상까지도 사용할 수 있다.

한편 충전 속도는 충전 메커니즘에 좌우되는데, 잽고는 이와 관련된 제품과 부품은 생산하지 않는다.

그러나 카본이온 기술은 전통적으로 방전이 빠르다는 단점이 있으며, 잽고는 이 특성을 개선하려 하고 있다. 히스로 셔틀 버스 카본이온 배터리는 일반적으로 1회 4분 운행 후 방전되지만 전동 공구는 약 5분 만에 방전된다고 볼러가 말했다. 두 경우 모두 해당 작업을 수행하기에 사용 시간이 충분했다.

잽고의 백서에 따르면 회사의 엔지니어들이 “전 세계적으로 안전하게 운반할 수 있는 형태로 리튬이온 배터리를 능가하는 충전 속도와 수명”을 달성하기 위해 고전압 배터리용 나노 카본 및 이온 전해액을 개발하고 있다. 수명은 배터리를 충전할 수 있는 횟수로 측정하며 리튬이온 셀은 1,000 사이클인데 반해 카본이온 셀은 10만 사이클이다.

해당 백서에서는 두 배터리 유형의 방전 속도를 명시하지 않고 있으며 단지 카본이온 방전의 “빠른 속도”와 비교하여 리튬이온이 “느리다”고 밝히고 있다. 볼러는 잽고의 셀과 관련해 “수퍼 커패시터처럼 빠르게 충전되면서도 리튬이온 배터리처럼 충전량을 유지하기 위해 개발됐다. 우리의 목표는 5분 안에 충전해서 하루 종일 사용하면서도 화재가 발생하지 않는 휴대폰이다”라고 말했다.

오늘날 많은 스마트폰 제조사들이 1회 충전으로 하루 종일 사용할 수 있는 최대 3,000 mAh 이상의 대용량 배터리를 채택하고 있다는 점에서 카본이온 배터리 방전 속도 문제는 스마트폰 제조사들에게 중요한 관심사가 될 것으로 보인다.

이런 우려에도 불구하고 볼러는 “사람들이 중요하게 생각하는 것은 안전이며 삼성 노트 7과 노트북 리콜로 인해 우려가 증폭되고 있다”라고 말했다. 지난 해 노트 7을 리콜한 삼성은 8-포인트 배터리 안전 점검 프로세스를 수립했으며 전문가 안전 자문 패널을 위촉하기도 했다.

더욱 안전한 것 외에도 카본이온 배터리는 궁극적으로 리튬이온 배터리보다 가격이 저렴할 수 있으며, 그 이유는 값 비싼 리튬이온 부품이 없기 때문이라고 볼러가 말했다. 또한 리튬이온은 희귀해지고 있으며 값이 더 비싼 충전 회로와 충전 칩 설치에 의존하고 있다고 그가 덧붙였다.

또 카본이온 배터리는 재활용이 가능하다고 볼러가 강조했다. 그린피스 같은 환경 단체는 특히 리튬이온 배터리가 일반적으로 재활용되지 않고 안전하게 폐기되지 않을 수 있다는 점을 우려해왔다.

그린피스는 MWC(Mobile World Congress)에서 열린 삼성 행사에서 리튬이온 배터리 폐기 우려에 대한 시위를 진행했었다. 이에 삼성은 리콜된 430만 개의 노트 7을 “책임감 있게 폐기”할 것이라고 밝혔다.

볼러는 다른 여러 기업들이 리튬에 기반한 급속 충전 배터리를 개발하고 있다고 말하면서 “우리처럼 카본이온 셀을 개발하는 업체는 없는 것으로 알고 있다”라고 말했다. ciokr@idg.co.kr