170만건 데이터 분석으로 충·방전이 전지 수명 및 발열에 미치는 영향 분석 국내 연구팀이 리튬이차전지의 장기 충·방전 과정이 수명과 발열 문제에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 배터리 화재까지 예측할 수 있는 기술을 개발했다. 충격 등 외부 요인이나 제조사 결함이 없는 정상적인 전지라도 체계적인 열 관리 없이 장기간 사용하면 사고에 이를 수 있다는 것을 과학적으로 밝혀낸 것이다. 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 하윤철 박사와 대구경북과학기술원(DGIST) 이용민 교수가 공동 연구한 ‘리튬이차전지 수명 및 발열 특성 분석 기술’ 연구 결과가 높은 수준을 인정받아 전기·전자공학 분야 국제 저명 학술지에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술연합대학원대학교(UST) KERI 캠퍼스 정태종 박사과정 학생과 DGIST 이효빈 박사과정 학생이 주저자로 참여했다.· 리튬이차전지는 스마트폰, 전기차, 전력저장장치(ESS) 등 4차 산업혁명을 대표하는 다양한 산업에 쓰이고 있다. 하지만 최근 아파트에서 충전 중이던 전기 자전거와 전동 킥보드 배터리가 폭발하여 큰 이슈가 됐고, 최근 주목을 받는 ESS의 경우만 해도 국내에서만 35차례 넘게 대형 화재 사고가 발
LG화학의 자체 테스트 결과 1000도에서도 400초 이상 열폭주에 의한 화염 전파 방지 LG화학은 독자 기술 및 제조 공법을 활용해 열에 의한 변형을 방지하는 난연 엔지니어링 플라스틱 소재를 개발했다고 25일 밝혔다. 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 ‘열폭주’는 다양한 원인으로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 열이 발생하는 현상이다. 과전압과 과방전 등 단락으로 인해 배터리의 내부 온도가 일정 수준 이상 올라가면 화염이 발생하는데, 리튬 이온 배터리는 물과 반응성이 높아 화재 시 물로 쉽게 소화하기 어렵다. LG화학이 이번에 개발한 신규 특수 난연 소재는 △폴리페닐렌 옥사이드(PPO)계 △나일론 수지인 폴리아미드(PA)계 △폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)계의 다양한 소재군을 가진 고기능성 엔지니어링 플라스틱 소재다. LG화학에 따르면, 내열성이 뛰어나 전기차 배터리 팩 커버에 적용 시 일반 난연 플라스틱 대비 긴 시간 동안 열을 차단할 수 있는 것이 장점이다. 온도 변화에도 형태를 유지하는 치수 안정성도 우수해 LG화학의 자체 테스트 결과 1000도에서도 400초 이상 열폭주에 의한 화염 전파를 방지한다. 이는 일반 난연 플라스틱 대비 45배 이상 뛰어난
‘배터리는 물속에서 사용할 수 없다’는 상식을 뒤집어 배터리 화재를 차단하는 기술개발이 시작됐다. 특수 방화물질이 포함된 물속에서 작동하는 ‘워터 인 배터리(Water-in-Battery, WIB)’ 시스템이 그 주인공이다. UNIST 에너지화학공학과 김영식 교수팀과 한국동서발전, 교원창업기업 ㈜포투원, 한국기계전기전자시험연구원(KTC)은 17일 ‘WIB 시스템 기술개발 과제 착수회의’를 온라인으로 개최했다. WIB 시스템은 방화물질을 녹인 용액 속에서 배터리를 작동시키는 개념을 구현한 것이다. 정상 작동 시에는 배터리의 열을 낮춰 수명을 향상시키고, 배터리가 열폭주를 일으키면 표면의 방화물질이 침투해 산소와 열을 차단하면서 화재를 조기 차단하는 원리다. 이날 착수회의에서는 WIB 시스템 개발 및 실증을 위한 협력방안이 논의됐다. 참여기관들은 WIB가 적용된 100kWh급 ESS 시스템을 설계, 제작해 구축하고 실증하기 위한 협력에 나선다. 신재생에너지와 연계한, 폭발 걱정 없는 ESS 기반 전기차 충전소를 운영하는 것이 목표다. 김영식 교수는 “최근 5년간 국내에서만 약 30건의 ESS 화재가 보고되는 등 배터리 화재문제에 대한 경각심이 높아지는 가운데,
헬로티 이동재 기자 | 염료가 용량·수명 줄이고 화재 발생위험 높이는 부반응 억제 .. Nano Letters 게재 청바지 염료로 더 오래가고 안전한 대용량 배터리를 만드는 기술이 개발됐다. UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 프러시안 블루 염료를 배터리 분리막에 코팅해 배터리 수명과 안전성을 확보하는 기술을 개발했다. 프러시안 블루 염료는 청바지를 만들 때 쓰는 염료다. 개발된 기술은 분리막에 코팅된 염료가 양극에서 녹아 나온 전이금속 이온을 포집해 이 이온이 음극 쪽으로 흘러들어 가는 것을 막는 기술이다. 전이금속 이온이 분리막을 그대로 통과하게 되면 배터리 전해액이 고갈되고, 음극 표면에 원치 않는 물질이 끼는 것과 같은 부반응이 일어나 배터리 용량이 줄고 화재 위험이 커진다. 대용량 배터리 소재인 하이니켈 양극소재는 니켈을 비롯한 전이금속이 양극 밖으로 녹아나오는 용출 현상이 잘 일어난다. 용출된 이온이 음극으로 넘어가게 되면 다양한 배터리 부반응의 기폭제가 된다. 금속 이온이 음극에 달라붙어 전기 저항이 큰 얇은 막을 만들고, 전해액을 고갈시키는 부반응이 대표적이다. 전해액이 고갈되면 배터리 용량이 줄어드는 문제가 있다. 또 음극 표면에 생긴
헬로티 조상록 기자 | SK온이 4일 한국전기연구원과 리튬이온배터리의 안전성을 극대화하는 기술과 표준을 만들기로 하는 협약을 맺었다. 양측은 협약을 통해 배터리 성능, 신뢰성, 안전성 등 분야에서 면밀한 실험과 연구를 통해 더욱 진보한 배터리를 만드는 기술을 개발하는데 협력한다. SK온이 전기연구원과 협력에 나서는 이유는, 소비자들이 믿고 쓸 수 있는 SK온만의 ‘초격차’ 안전성을 구축하기 위해서다. 양측은 우선 배터리 화재 원인별로 구체적인 발생 조건을 찾기 위해 새로운 평가 방법을 개발한다. 예를 들어, 배터리 셀에 이물질이 들어가 화재가 발생하는 원인 분석을 위해서는 이물질 종류와 양에 따른 발화조건을 확인하고, 실제 사용 환경에서 발생할 수 있는 가혹한 환경을 가정해 불이 붙는 조건을 연구한다. 이렇게 도출한 실험값으로 화재를 예방하는 ‘초격차’ 기술 개발에 나선다. SK온은 또 전기연구원과 협력을 통해 내부 품질 평가 기준도 요구되는 규격을 뛰어넘는 수준으로 높일 계획이다. 전기차 실제 주행 환경에서 벌어질 수 있는 상황들을 고려해 가혹한 배터리 품질 테스트 기준을 마련할 계획이다. 이를테면, 배터리에 열을 가하고 견디는 정도를 측정하는 내열/내구성
헬로티 김진희 기자 | 세계 전기차 배터리 선두 업체들이 생산한 배터리를 장착한 전기차에서 최근 화재 사고가 끊이지 않으면서 안전성 이슈가 부각하고 있다. 배터리 업계는 화재 사고는 전기차 시장 초기의 불가피한 성장통 같은 과정이라고 항변하지만, 연이은 화재로 소비자 불안과 논란이 커지면서 전체 시장이 위축될 수 있다는 우려도 나온다. 14일 업계와 외신 등에 따르면 최근 노르웨이 홀멘에서 푸조 e-208 차량이 충전 중에 불에 타는 사고가 발생했다. 이 차량에는 세계 1위 배터리 업체인 중국 CATL이 생산한 NCM811(니켈 80%·코발트 10%·망간 10%) 배터리가 탑재된 것으로 전해졌다. 지난해 CATL의 배터리를 장착한 중국 광저우기차의 '아이온 S' 차량에서도 몇 차례 화재 사고가 보고된 바 있다. 중국 CATL, BYD 등이 니켈 함량이 높은 NCM 삼원계 배터리 보다 가격이 낮으면서 구조적으로 안정성이 높다는 이유로 채택한 LFP 배터리에서도 화재가 발생한 것으로 나타났다. 시장조사업체 SNE리서치 보고서와 현지 언론 등에 따르면 지난해 5월과 8월, 12월에 세계 4위 배터리 업체 BYD의 LFP 배터리를 탑재한 E5 순수 전기차와 전기버스