더 얇고 오래 쓰는 스마트폰, 실리콘 음극이 연다

스마트폰 제조사들이 배터리 용량과 기기 두께를 함께 개선할 기술로 실리콘 카본을 잇달아 채택하고 있다. 아너·오포·샤오미에 이어 삼성전자도 갤럭시Z폴드8 시리즈에 이 소재를 적용했다. 삼성은 초고용량 경쟁보다 두께를 줄이면서 배터리 효율을 높이는 방향을 택해 실리콘 음극 기술의 활용 범위를 넓혔다.

실리콘 카본 배터리는 완전히 새로운 종류의 전지가 아니라 기존 리튬이온 배터리의 흑연 음극 일부를 실리콘-카본 소재로 바꾼 구조다. 양극에는 기존과 같은 리튬 기반 소재가 쓰인다. 실리콘 첨가 기술은 테슬라의 일부 니켈·코발트·알루미늄 배터리에도 3~5% 수준으로 적용됐지만, 제조·화학 공정의 발전으로 최근에는 실리콘 비중을 더 높일 수 있게 됐다.

강점은 높은 에너지 밀도와 빠른 충전이다. 흑연은 1g당 약 330mAh를 저장하지만 실리콘의 이론적 저장 능력은 이보다 약 10배 크다. 원플러스 15는 아이폰17보다 1~2mm가량 두꺼우면서 7300mAh 배터리를 탑재했고, 배터리 시험에서 약 38.5시간을 기록했다. 실리콘은 리튬이온을 빠르게 받아들일 수 있으며 매장량이 풍부하고 가격도 저렴해 원재료 측면의 경쟁력도 갖췄다.

수명과 팽창 문제는 상용화 확대의 과제로 남아 있다. 흑연이 충·방전 과정에서 약 10% 팽창하는 데 비해 실리콘은 최대 400%까지 부피가 커질 수 있어 순수 실리콘 음극은 수명이 짧다. 삼성전자가 유럽연합 규제 문서에 제시한 실리콘 카본 배터리의 충전 사이클은 약 1200회로, 이전 세대 리튬이온 배터리의 약 2000회보다 적다. 업계는 제조 공정 개선과 불소인산염 등 첨가 소재를 활용해 팽창과 안정성 문제를 줄이는 연구를 진행하고 있다.