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[초점] 싱가포르 연구진 ‘화재 위험 없는 리튬이온 배터리’ 세계 첫 개발

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[초점] 싱가포르 연구진 ‘화재 위험 없는 리튬이온 배터리’ 세계 첫 개발

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싱가포르 난양공대(NTU) 연구진이 개발한 리튬이온 배터리 합선 차단 분리막. 알루미늄 호일과 비슷해 보이는 것이 분리막이다. 사진=NTU
GM이 화재 위험이 있는 배터리가 장착된 자사 전기차 볼트EV에 대한 대규모 리콜을 단행하면서 현재 널리 보급돼 있는 전기차용 리튬이온 배터리의 화재 위험 문제가 다시 크게 부각되고 있다. 이런 가운데 싱가포르 연구진이 화재 위험을 최소화한 리튬이온 배터리를 세계 최초로 개발하는데 성공해 관련업계의 이목을 끌고 있다.

14일(현지시간) 싱가포르 일간 스트레이츠타임스에 따르면 화제의 주인공은 싱가포르판 MIT로 불리는 난양공대(NTU)의 수 지추안 소재공학부 교수가 이끄는 연구팀으로 이 팀이 처음으로 개발에 성공한 것은 충전 과정에서 화재가 발생할 위험을 차단하는 기술에 기반한 개인휴대기기(PMD)용 리튬이온 배터리.

◇합선 차단 분리막

수 교수팀이 개발한 기술의 핵심은 기존 리튬이온 배터리 내부에 합선을 차단하는 역할을 하는 분리막을 추가한 것.

리튬이온 배터리에서 발생하는 폭발이나 화재 사고는 양극과 음극이 접촉해 발생하는 합선이 주요한 요인으로 알려져 있다.

가칭 ‘배터리 합선 차단 분리막’으로 불리는 이 부품의 기능은 배터리 충전 과정에서 일어나는 합선을 방지하는 것.

수 교수는 “이 분리막은 리튬 덴드라이트, 즉 리튬이온 배터리를 사용할 때 생기는 나뭇가지 모양의 리튬 결정이 리튬을 충전과 방전시키는 역할을 하는 음극재에 닿지 못하게 해 합선으로 인한 화재가 발생하는 것을 막는 역할을 한다”고 설명했다.

현재 사용되는 리튬이온 배터리 내부에는 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 하는 분리막이 있으나 리튬 덴드라이트로 인한 합선 문제에 대해서는 마땅한 대책이 없었는데 이 문제를 추가 분리막을 적용하는 방식으로 해결한 셈이다.
연구진은 리튬 덴드라이트가 생기는 것 자체를 막는 것은 기술상으로 불가능하다는 판단에 따라 추가 분리막을 이용해 합선을 차단하는 방식을 고안한 것으로 알려졌다.

수 교수는 “분리막에 접촉하는 순간 리튬 덴드라이트는 더 이상 결정을 키우지 못하게 된다”면서 “결정이 더 이상 커지지 않기 때문에 음극재에 닿는 것이 불가능해지는 원리”라고 설명했다.

수 교수팀은 여러 가지 방식의 리튬이온 배터리를 대상으로 실험을 진행한 결과 충전 과정에서 합선이 발생한 적은 한차례도 없었고 수명이 다한 배터리에도 이 기술을 적용했으나 결과는 마찬가지였다고 밝혀 기술적 완성도를 자신했다.

◇장착 용이한 것도 큰 장점

아울러 배터리에 분리막을 넣는 과정이 매우 손쉬운 것도 뛰어난 장점으로 평가된다고 스트레이츠타임스는 전했다.

수 교수는 실제로 “샌드위치에 치즈 한 장을 넣는 것과 별반 다를게 없을 정도로 간단하다”고 설명했다.

이 기술이 상용화까지 된다면 스마트폰과 노트북 PC 같은 휴대폰 컴퓨팅 기기에 들어가는 배터리는 물론 전기차용 배터리에서 그동안 문제가 됐던 충전 중 화재 폭발 또는 화재 사고를 줄이는데 기여할 수 있다는 점에서 주목된다.

스트레이츠타임스는 연구팀이 개발한 배터리 합선 차단 분리막은 전기차 보급율이 확대되고 있는 가운데 전세계에서 배터리 수요가 급증한 상황에서 나온 것이어서 매우 유망한 것으로 보인다”고 전망했다.

수 교수는 “이런 기술이 개발된 것은 전세계적으로 처음 있는 일”이라면서 "기존 배터리 생산공정에 큰 변화를 주지 않으면서 적용하는게 충분히 가능하다”고 밝혔다.

이 부품은 특허출원 됐으며 NTU와 수 교수팀이 제휴해 설립한 산학 스타트업 NTU이티브(NTUitive)에서 상업화를 추진 중이다.

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수 교수팀이 배터리 합선 차단 분리막을 내보이고 있다. 오른쪽이 수 지추안 교수다. 사진=유튜브



이혜영 글로벌이코노믹 기자 rock@g-enews.com