광고
광고
광고

“퓨즈처럼 전기차 화재 초기 차단”… LG화학, 열폭주 억제하는 온도 반응성 소재 개발

발열 초기 단계서 반응 경로 차단, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 9월 논문 게재

광고
최누리 기자 | 기사입력 2024/10/02 [17:28]

“퓨즈처럼 전기차 화재 초기 차단”… LG화학, 열폭주 억제하는 온도 반응성 소재 개발

발열 초기 단계서 반응 경로 차단, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 9월 논문 게재

최누리 기자 | 입력 : 2024/10/02 [17:28]

▲ LG화학이 개발한 열폭주 억제 소재  © LG화학 제공

 

[FPN 최누리 기자] = 배터리 화재를 초기에 막는 열폭주 억제 신소재가 국내에서 개발됐다.

 

LG화학은 지난 1일 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀이 ‘열폭주를 억제하는 온도 반응성 안전성 강화 기능층(이하 열폭주 억제 소재)’을 개발했다고 밝혔다.

 

소재 해석은 포항공과대학교(POSTECH) 배터리공학과 이민아 교수 연구팀과 공동 연구를 진행했다. 안전성 검증은 LG에너지솔루션이 맡았다. 이번 연구 성과는 세계 최상위 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 9월호 온라인판에 게재됐다.

 

이번에 개발된 열폭주 억제 소재는 온도에 따라 전기 저항이 변하는 복합 물질로 온도가 오르는 초기 단계에서 전기 흐름을 차단하는 퓨즈 역할을 한다.

 

연구팀은 열폭주 억제 소재를 배터리 양극층과 집전체 사이에 머리카락 100분의 1 수준인 1㎛ 두께의 얇은 층 형태로 만들었다. 이상 발생으로 전지 온도가 90~130℃를 벗어나면 소재가 반응해 결합 구조가 바뀌며 전류 흐름을 억제한다는 게 LG화학 설명이다.

 

LG화학에 따르면 열폭주 억제 소재는 온도가 1℃ 올라갈 때마다 전기 저항이 5천Ω씩 상승해 온도에 대한 반응속도가 빠르다. 최대 저항은 정상 온도일 때보다 무려 1천배 이상 높고 온도가 내려가면 다시 저항이 낮아져 원래 전기가 통하는 상태로 돌아오는 가역성까지 갖췄다.

 

실제로 배터리 충격ㆍ관통 실험에서 열폭주 억제 소재를 적용한 배터리는 불이 붙지 않거나 불꽃이 발생한 뒤 곧바로 꺼져 열폭주 현상이 없었다.

 

모바일용 LCO(리튬 · 코발트 · 산화물) 배터리에 못으로 구멍을 뚫는 관통 실험에서 화재가 발생하지 않은 일반 배터리는 16%였지만 열폭주 억제 소재를 적용한 배터리는 단 한 건의 화재도 발생하지 않았다.

 

전기차용 NCM(니켈 · 코발트 · 망간) 배터리에 약 10㎏의 무게추를 떨어뜨리는 충격 실험에선 일반 배터리의 경우 모두 불이 났다. 반면 열폭주 억제 소재를 적용한 배터리의 70%는 화재가 발생하지 않았고 30%는 불꽃이 발생했지만 수 초 내로 꺼지는 데 그쳤다.

 

기존에도 셀 내부 온도 변화에 반응하는 소재를 넣는 방식은 있었지만 반응속도가 느리거나 에너지 밀도가 떨어지는 문제가 있었다. 하지만 소재 설계에 대한 기술력과 특허를 보유한 LG화학에서 신소재를 개발함에 따라 기존 문제를 해결하면서도 빠르게 양산 공정에 적용할 수 있게 됐다.

 

LG화학은 모바일용 배터리에 열폭주 억제 소재 안전성 검증 테스트를 마치고 내년까지 대용량 전기차용 배터리에도 안전성 테스트를 이어갈 계획이다.

 

이종구 CTO는 “양산 공정까지 이른 시일 내 제품에 적용할 수 있는 가시적인 연구 성과”라며 “고객이 안심하고 전기차를 이용할 수 있도록 안전성 강화 기술을 고도화하고 배터리 시장 경쟁력 강화에 이바지하겠다”고 말했다. 

 

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr 

 

광고
소다Talk
[소방수다Talk] “빈틈없이 살려라” 소방과 경찰의 공조
1/4
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고