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(왼쪽부터) KAIST전진우 석박사 통합과정, 이영근 박사, 강구선 박사, 김영진 교수, 김재윤 박사과정, 양동욱 박사 /KAIST 제공

[투데이에너지 김원빈 기자] 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 전극 불균일을 초정밀로 검출할 수 있는 검사기술이 개발됐다. 배터리를 분해하거나 손상시키지 않고도 나노미터(nm) 수준의 두께 차이를 측정할 수 있어 생산공정의 품질관리와 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

KAIST는 기계공학과 김영진 교수 연구팀이 테라헤르츠(THz)파와 광주파수빗(Optical Frequency Comb) 기술을 결합해 리튬이온배터리 전극의 두께를 비접촉·비파괴 방식으로 초정밀 측정하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

리튬이온배터리 전극은 두께가 미세하게 달라져도 충·방전 과정에서 전류가 집중돼 열이 발생하고, 심할 경우 열폭주로 이어질 수 있다. 하지만 기존 X선 CT나 초음파 검사 방식은 속도와 정밀도, 생산라인 적용성에 한계가 있었다.

연구팀은 테라헤르츠파가 전극 내부에서 반사되며 발생하는 신호를 광주파수빗으로 분석하는 방식을 적용했다. 이를 통해 전극의 두께와 소재 특성을 동시에 측정하는 데 성공했다.

광주파수빗·테라헤르츠 결합 기반 배터리 전극 두께 나노미터 비파괴 측정 기술 개념도 / KAIST 제공

실험에서는 50~150㎛ 두께의 배터리 전극을 대상으로 0.2초 만에 수십~수백 나노미터 수준의 두께 차이를 검출했다. 측정 시간을 늘릴 경우 최대 7.8nm까지 구분할 수 있어 기존 방식보다 최대 100배 높은 정밀도를 확보했다.

연구팀은 전극 전체를 3차원으로 측정하고 생산 중 발생하는 두께 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 것은 물론, 기울어진 전극도 정확하게 측정해 실제 생산라인 적용 가능성을 확인했다고 설명했다.

김영진 교수는 "이번 기술은 전극 두께와 소재 특성을 동시에 측정하는 통합 계측 플랫폼"이라며 "리튬이온배터리는 물론 전고체 배터리 생산공정의 실시간 품질관리 핵심 기술로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 6월 10일 게재됐다.

■용어설명

테라헤르츠파(THz) = 빛과 전파 사이 주파수 영역의 전자기파로, 물체를 손상시키지 않고 내부를 분석할 수 있는 비파괴 검사 기술이다.

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