전기차 리툼 이온 배터리 '열폭주' 막을 실마리 찾았다

연구재단 "연세대 홍종섭 교수팀, 안전성 향상 원천기술 확보"

배터리 구성요소 조합별 열분해 실험 거쳐 열폭주 모델 개발

[대전=뉴시스] 하이 니켈 양극재 기반 리튬 이온 배터리의 열폭주 메커니즘 규명을 위한 방법론 및 연구결과 요약도.(사진=연세대학교 홍종섭 교수 제공)  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 전기차 동력원인 리튬 이온 배터리의 열폭주 현상을 해결할 수 있는 핵심 기술을 확보했다.
 
한국연구재단은 연세대학교 홍종섭 교수팀이 전기차용 이차전지로 많이 사용되는 하이 니켈 양극재 기반 리튬 이온 배터리의 안전성 향상과 전기차의 신뢰성을 높일 원천기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
 
리튬 이온 배터리는 높은 효율로 전기차의 주행거리 향상을 이끌었지만 내부온도가 상승하면 연쇄적인 부반응이 발생해 제어할 수 없을 정도로 온도가 높아지면서 폭발로 이어지는 열폭주 현상이 발생할 수 있다.

연구팀은 리튬 이온 배터리를 제작·충전·분해하면서 양극, 음극, 전해액, 분리막 등 4가지 구성요소별로 총 15가지 조합에 따른 열분해 실험을 진행했다. 이를 통해 하이 니켈계 양극재를 사용하는 리튬 이온 배터리의 열폭주 반응 메커니즘을 규명했다.

또 배터리 구성 요소의 조합에 따른 열분해 실험을 거쳐 각기 다른 반응 온도와 발열량을 확인하고 그에 따른 활성물질 및 전해액의 감소를 반영해 온도별 열, 부피, 압력을 모사할 수 있는 열폭주 반응 모델을 개발했다. 

연구팀이 확보한 열폭주 반응 메커니즘과 열폭주 반응 모델은 다양한 비정상 상황에서 셀 성능 저하 및 열폭주를 예측할 수 있어 배터리 안전성을 크게 높일 수 있다.

한국연구재단이 추진하는 선도연구센터 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 반응공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난 3일 게재됐다.(논문명:Reaction mechanism study and modeling of thermal runaway inside a high nickel-based lithium-ion battery through component combination analysis)

홍종섭 교수는 "이번에 규명한 메커니즘과 열폭주 반응 모델을 이용해 다양한 비정상 상황에서 분리막 용융에 따른 셀 성능 저하 및 열폭주를 예측하고 검증해 나갈 계획"이라며 "열폭주 문제 해결을 통해 전기차 안전성 향상, 전기차 보급 확대 등 관련 시장 성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대하고 있다"고 말했다.


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