중앙대, 전기차 배터리 화재 막는 ‘다기능 열관리 소재’ 개발

[헤럴드경제=전새날 기자] 중앙대학교 연구진이 전기자동차와 대규모 에너지저장장치(ESS)의 화재 위험을 낮출 수 있는 다기능 열관리 복합 소재를 개발했다.

중앙대는 화학공학과·지능형에너지산업융합학과 김주헌 교수 연구팀이 바이오 기반 에어로겔과 상변화 소재를 결합한 열관리 복합 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

리튬이온 배터리는 충·방전 과정이나 내부 단락으로 과도한 열이 발생할 수 있다. 이 열이 인접한 배터리 셀로 빠르게 확산하면 연쇄적으로 온도가 치솟는 ‘열폭주’가 발생해 화재로 이어질 수 있다.

지금까지는 고분자 폼이나 세라믹 섬유, 에어로겔 등 단열재를 활용해 열전달 속도를 늦추는 방식이 주로 사용됐다. 그러나 기존 단열재는 열이 퍼지는 것은 막을 수 있어도 배터리 내부에서 발생한 열 자체를 흡수하는 데는 한계가 있었다.

반대로 상변화 소재는 고체가 액체로 변하는 과정에서 많은 열을 흡수해 온도 상승을 완화하는 장점이 있지만, 액체로 변하면서 내용물이 새거나 구조가 손상될 수 있다는 문제가 있었다.

연구팀은 이 같은 한계를 해결하기 위해 에어로겔의 단열 성능과 상변화 소재의 열 흡수·저장 기능을 하나의 복합 소재에 결합했다. 이를 통해 열이 주변으로 확산하는 속도를 늦추는 동시에 발생한 열을 흡수하고 상변화 과정에서 발생하는 누출 문제도 억제하도록 설계했다.

연구팀은 특히 바이오 기반 HEC/LGN 에어로겔의 단열 특성과 에리트리톨의 잠열 저장 능력, 산화아연(ZnO)의 구조 보강 및 난연 기능을 하나의 소재에 통합했다고 설명했다.

이 소재는 전기차 배터리 모듈과 팩, 대규모 ESS 등에서 배터리 셀 사이의 급격한 열전달을 지연시키고 온도 상승을 완화하는 열관리 소재로 활용될 가능성이 있다고 연구팀은 기대했다.

이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다.