기계硏, 배터리 화재 막는 냉각기술 개발…무게·비용 줄여

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 소량의 비전도성 액체만으로 리튬이온 배터리팩을 효과적으로 냉각하고 화재위험까지 줄일 수 있는 분사형 액침냉각 기술을 개발했다.

한국기계연구원은 탄소중립기계연구소 김진섭 책임연구원팀이 리튬이온 배터리팩의 열폭주를 줄이기 위해 비전도성 액체를 활용한 분사형 액침냉각 기술을 개발하고 실제 리튬이온 배터리팩을 대상으로 온도 제어성능을 검증했다고 14일 밝혔다.

이번 기술의 핵심은 비전도성 액체를 배터리팩 상부에 직접 분사하고 하부는 액체에 부분적으로 잠기도록 설계한 데 있다.

이를 통해 상부에서는 액체가 배터리셀과 직접 접촉해 열을 빠르게 제거하고 하부에서는 액체의 자연 대류가 추가 냉각을 유도해 높은 냉각 성능을 구현했다.

연구팀은 실제 전기차 수준의 급속 충·방전 조건(4C-rate)에서 성능을 시험한 결과, 배터리셀 최고 온도를 35도 이하로 안정적으로 유지하는 데 성공했다.

또 비전도성 액체 사용량을 크게 줄여 무게와 비용 부담을 낮춰 전기차뿐 아니라 대용량 에너지저장장치(ESS) 냉각분야에서의 적용 가능성도 확보했다.

기존 공랭식과 수냉식은 히트싱크나 콜드플레이트를 통한 간접 냉각방식이어 여름철이나 급속 충·방전 환경에서는 냉각성능에 한계가 있었다. 이를 보완키 위해 배터리 전체를 비전도성 액체에 담그는 액침냉각 기술이 부각되고 있으나 많은 냉각액이 필요해 비용과 무게가 증가하는 문제가 있다.

반면, 이번 분사형 액침냉각 기술은 기존 액침냉각 대비 냉각액 사용량을 10~20% 수준으로 줄이면서도 냉각성능은 높여 배터리팩 경량화와 비용절감 효과를 함께 달성했다.

비전도성 액체는 전기가 통하지 않는 데다 불연성을 갖고 있어 배터리 화재가 발생할 경우 열을 빠르게 흡수하고 화재 확산을 억제하는 소화 역할도 수행할 수 있다.

연구팀은 이번 기술이 전기차는 물론 데이터센터와 대용량 ESS 등 고출력 배터리를 사용하는 다양한 분야의 안전성 향상에 활용될 것으로 보고 있다.

김진섭 책임연구원은 "적은 양의 비전도성 액체만으로도 리튬이온 배터리팩을 효과적으로 냉각해 열폭주와 화재 위험을 크게 낮출 수 있는 분사형 액침냉각 기술을 구현했다"며 "무게와 비용을 줄인 이 기술은 전기차와 ESS 등 다양한 산업분야로 적용이 확대될 것"이라고 말했다.

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