스마트폰용 급속 충전 배터리가 점점 더 보편화되고 있지만 아직 태양광 발전이나 전기 자동차용 충전기, 그리드 규모의 저장 장치에서는 급속 충전 기술이 어려움을 겪고 있다. 그런데 케임브리지대학 연구진이 이 문제를 해결할 방법을 찾았다.

이들은 니오븀 산화 텅스텐(Niobium Tungsten Oxides)이라는 물질이 배터리 사이클에서 충전율을 증가시킨다는 사실을 알아냈다. 게다가 이 화학 물질은 심각한 위험을 초래하지 않으며 초고속 충전 배터리 생산에 쓰일 잠재력이 있다.

배터리에는 세 가지 주요 부분이 있다. 바로 양극, 음극 및 전해액이다. 배터리가 충전되면 리튬 이온이 양극에서 나온다. 리튬 이온은 결정 구조와 전해액을 뚫고 빠르게 움직여 음극으로 들어간다. 이 리튬 이온이 더 빠르게 움직이도록 만들 수 있다면 배터리 충전 속도가 빨라진다.

연구 저자인 켄트 그리피스는 "우리는 항상 고속 충전이 가능한 배터리를 만들 물질을 찾고 있었다. 니오븀 산화 텅스텐은 더 빠른 충전과 더 높은 전력 출력을 가능케 한다"고 말했다.

많은 과학자들이 리튬 이온이 더 빨리 이동하도록 전극의 입자를 작게 만들려고 노력했지만 그럴수록 원치 않은 화학 반응이 발생해 배터리의 수명이 짧아졌다.

그러나 니오븀 산화 텅스텐을 사용하자 전극보다 입자 크기가 커져서 리튬 이온을 더 빨리 전달한다. 게다가 새로운 물질은 이온이 삼차원으로 통과할 수 있도록 만드는 산소 기둥을 지니고 있다. 이 산소 기둥은 다른 배터리 구성 요소에 비해 재료를 더 단단하게 만들어 이온 이동 속도를 높인다.

그러나 이 물질로 만든 배터리는 아직까지 사용이 제한적이다. 다른 전극 재료에 비해 셀 전압이 낮기 때문이다. 연구진은 호환성, 안전성, 효율성을 위해 이 재료를 개선하고 있다.