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기계연 히트펌프연구센터 김진섭 책임연구원 연구팀(사진 왼쪽이 김진섭 책임연구원,오른쪽이 문선영 선임연구원) / 기계연 제공

[투데이에너지 임자성 기자] 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 고질적 불안 요소인 배터리 화재를 근본적으로 차단할 획기적인 냉각 기술이 등장했다. 한국기계연구원 연구팀이 비전도성 액체를 활용해 배터리팩을 직접 냉각하는 방식을 세계 최초로 개발하며, 안정성과 효율성이라는 두 마리 토끼를 모두 잡는 데 성공했다.

이번에 개발된 ‘분사형 액침냉각 기술’은 기존의 냉각 방식이 가진 한계를 극복하기 위해 설계되었다. 배터리팩 전체를 액체에 담가야 했던 기존 완전 액침냉각 방식은 비용이 많이 들고 무겁다는 단점이 있었으나, 이번 신기술은 배터리팩 상부에 비전도성 액체를 직접 분사하고 하부는 부분적으로만 액침시키는 하이브리드 구조를 채택했다.

연구팀이 실제 리튬이온 배터리팩을 대상으로 급속 충방전 환경에서 성능을 검증한 결과, 액체 사용량을 기존 완전 액침냉각 방식 대비 약 85%까지 절감할 수 있음이 확인됐다. 그럼에도 불구하고 높은 충방전률(4C-rate) 조건에서 배터리셀 최고 온도를 35℃ 이하로 안정적으로 유지하는 뛰어난 냉각 성능을 보였다.

냉각 효과의 핵심은 상부의 직접 분사와 하부 대류 냉각의 결합에 있다. 비전도성 액체가 배터리 표면과 직접 충돌하며 열을 빠르게 제거함과 동시에, 액체의 순환을 통해 하부 영역의 열까지 효과적으로 해소한다. 특히 사용된 비전도성 액체는 불연성을 갖추고 있어 화재 발생 시 소화 역할까지 수행함으로써 배터리 열폭주 방지에 탁월한 안전성을 제공한다.

기계연 연구팀은 이번 기술이 전기차뿐만 아니라 대용량 ESS 등 다양한 분야의 배터리 안전성을 획기적으로 높일 것으로 기대하고 있다. 연구팀은 향후 AI 기술을 접목해 최적의 냉각 성능을 낼 수 있는 신규 비전도성 액체를 발굴하는 등 연구 범위를 확대해 나갈 계획이다. 이번 연구 성과는 열공학 분야의 세계적 권위지인 'Applied Thermal Engineering' 최신호에 게재되며 기술적 가치를 입증했다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)