실외 태양광은 물론 실내 조명만으로도 상시 전력을 공급받아 충전할 수 있는 차세대 모듈형 광충전 배터리 기술이 개발됐다. 빛의 세기에 따라 배터리와 발전부의 연결 구조를 조절해 충전 효율을 극대화하는 방식이다.
울산과학기술원(UNIST) 화학과 권태혁 교수 연구팀과 영국 케임브리지대학교 마이클 드 볼더(Michael De Volder) 교수 연구팀은 주변 빛의 세기에 맞춰 조합을 바꿀 수 있는 모듈형 광충전 배터리 구조를 공동 개발했다고 2026년 9월 2일 발표했다. 이번 연구 성과는 에너지 저장 분야의 국제 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)’ 8월호에 게재됐다.
기존의 광충전 배터리는 빛의 세기가 달라질 때 발생하는 발전 전압과 배터리 충전 전압 간의 불일치 현상으로 인해 효율이 떨어지거나 충전이 제대로 이뤄지지 않는 한계가 있었다. 연구팀은 하단 배터리 모듈은 고정한 상태에서 상단 태양전지 칸 수를 자유롭게 조합할 수 있는 블록형 설계를 도입해 이 같은 문제를 해결했다.
새로 개발된 배터리는 리튬인산철 양극이 포함된 광충전 배터리 1칸 옆에 전압을 보태는 태양전지 4칸을 직렬로 연결한 형태다. 빛의 조도 상황에 맞춰 1칸, 3칸, 5칸 전압을 선택적으로 조합할 수 있도록 설계되어 다양한 환경에서도 충전에 필요한 최적 전압을 유지한다.
연구팀이 고체 리튬인산철(LFP) 양극과 리튬금속 음극을 적용해 성능을 시험한 결과, 표준 태양광 조건에서 10분 만에 전체 용량의 70%까지 충전되는 우수한 급속 충전 성능을 나타냈다. 또한 야간 및 실내 환경을 모사한 1,000럭스(lux) 수준의 일반 사무실 조명 밝기에서도 별도의 외부 전원 없이 빛만으로 안정적인 충전과 방전이 이뤄지는 것으로 확인됐다.
아울러 기기를 작동하는 도중에 외부에서 빛을 비추면 사용 가능한 배터리 용량이 즉시 늘어나는 현상도 관찰됐다. 이는 전력 소모가 발생하는 실제 사용 환경에서도 빛 에너지가 즉각 보조 전력으로 전환될 수 있음을 보여준다.
권태혁 UNIST 교수는 “장소와 빛 조건에 구애받지 않고 배터리를 안정적으로 충전할 수 있는 구조적 한계를 극복했다”며 “향후 스마트공장, 무선 센서 등 IoT 기기의 유지보수 비용을 획기적으로 줄이는 핵심 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
