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[KIMM TV] 급속 충전에도 안정적으로, 배터리 화재 막는 냉각기술 개발

최근 전기차와 대용량 에너지 저장 장치(ESS)의 보급이 확대되면서 리튬이온 배터리의 열폭주와 화재 사고는 사회적으로 해결해야 할 중요한 안전 문제로 부상했습니다. 기존에 주로 사용되던 공랭식이나 수랭식 기술은 냉각판을 거치는 간접적인 방식이기 때문에 급속 충전이나 고온의 가혹한 환경에서 정밀한 온도 제어에 한계가 있었습니다. 이를 보완하기 위해 배터리 전체를 비전도성 냉각액에 담그는 완전 액침 방식이 제안되기도 했으나, 냉각액 전체의 무게로 인한 효율 저하와 비용 부담이 큰 걸림돌이 되었습니다. 이러한 배경에서 냉각 효율은 높이면서도 경제성을 확보할 수 있는 새로운 기술적 대안이 절실해졌습니다. 이번에 개발된 분사형 액침냉각 기술은 상부의 직접 분사 방식과 하부의 액류 냉각을 결합하여 냉각 효율을 극대화한 독자적인 시스템입니다. 배터리 팩 하부의 약 10~15%만 비전도성 냉각액에 잠기게 한 뒤, 펌프로 순환된 액체를 분당 2~4L의 유량으로 상부에서 직접 분사합니다. 상부에서 분사된 냉각액이 배터리 표면에 직접 충돌하는 임핀지먼트 방식은 국부적인 열전달 성능을 높이며, 동시에 하부의 유체 대류 현상은 기존에 냉각이 어려웠던 셀 하단부의 열까지 효과적으로 제거합니다. 결과적으로 기존 완전 액침 냉각 방식 대비 냉각액 사용량을 85%나 절감하면서도 우수한 냉각 성능을 유지하는 데 성공했습니다. 해당 기술은 15분 만에 급속 충방전을 완료하는 가혹한 조건 속에서도 배터리 팩의 온도를 35도 이하의 안정적인 수준으로 제어할 수 있는 뛰어난 성능을 보여주었습니다. 특히 불연성 비전도성 냉각액을 사용하여 냉각과 동시에 화재 발생 시 소화 역할까지 수행할 수 있다는 점이 가장 큰 안전상의 장점입니다. 연구진은 앞으로 인공지능 기술을 접목하여 냉각 성능이 더욱 최적화된 신규 비전도성 냉각액을 발굴하는 연구로 범위를 넓힐 계획입니다. 이와 같은 혁신적인 열 관리 시스템이 전기차, 데이터 센터, 에너지 저장 장치(ESS) 등 다양한 산업 현장에 적용된다면 배터리 안전성을 확보하는 데 중추적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

[KERI TV]차세대 2차전지 전고체전지용 고체전해질 비용 90% 절감

최근 에너지 저장 장치(ESS)와 전기차에서 발생하는 빈번한 화재 사고는 배터리 안전성에 대한 경각심을 일깨우고 있습니다. 이러한 사고의 근본적인 원인은 현재 사용되는 배터리 내부의 전해질이 불에 타기 쉬운 유기 물질로 이루어져 있기 때문입니다. 외부 충격이나 과열 시 액체 전해질이 발화하면서 대형 폭발로 이어지는 구조적 한계가 존재합니다. 이를 해결하기 위해 화재 위험이 없는 고체 상태의 전해질로 대체하려는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 그중에서도 효율이 높은 황화물계 고체 전해질이 가장 유력한 대안으로 손꼽힙니다. 고체 전해질을 합성하는 방법은 크게 두 가지로 구분되는데, 높은 이온 전도도를 확보할 수 있는 건식 공정과 대량 생산에 유리한 습식 공정이 있습니다. 하지만 건식 공정은 제작 비용이 많이 들고 공정이 복잡하며, 습식 공정은 대량 합성은 쉽지만 이온 전도도가 현저히 낮아지는 단점이 있었습니다. 한국전기연구원(KERI) 연구진은 이러한 딜레마를 해결하기 위해 습식 공정 과정에 특수한 첨가제를 투입하는 혁신적인 방식을 도입했습니다. 이를 통해 습식 공정의 경제성을 유지하면서도 이온 전도도가 우수한 양질의 고체 전해질을 성공적으로 제조해 낼 수 있었습니다. 차세대 전지인 전고체 전지의 상용화를 가로막는 가장 큰 장벽 중 하나는 터무니없이 높은 생산 비용입니다. 연구팀은 정부출연연구기관으로서 기술의 완성도뿐만 아니라 실제 시장 보급이 가능한 경제적 대안을 찾는 데 집중했습니다. 그 결과 저순도의 저렴한 원료를 사용하면서도 성능 저하 없이 고체 전해질을 대량 생산할 수 있는 공법을 완성하여 생산 단가를 기존 대비 10분의 1 수준으로 대폭 낮추었습니다. 이러한 성과는 전기차 화재 예방은 물론, 대한민국이 미래 배터리 시장의 주도권을 선점하고 상용화를 앞당기는 데 중요한 전환점이 될 것으로 기대됩니다.

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[KIMM TV] 급속 충전에도 안정적으로, 배터리 화재 막는 냉각기술 개발

한국기계연구원[KIMM TV]

[KERI TV]차세대 2차전지 전고체전지용 고체전해질 비용 90% 절감

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