온도별 실시간 전압 변화 파악
[한국에너지신문] 국내 연구진이 중대형 배터리의 열화학 변화를 명확하게 측정하여 배터리의 성능과 안정성을 높일 수 있는 방법을 개발했다. 중대형 배터리는 에너지저장장치(ESS), 전기차, 전기선박 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
한국전기연구원(원장 최규하) 차세대전지연구센터 도칠훈 박사팀은 최근 배터리의 열화학 반응을 결정하는 ‘엔트로피(Entropy)’를 정확하게 측정하는 새로운 방법을 개발했다. 엔트로피란 온도와 배터리 전압과의 변화 관계를 축약해 나타내는 지표다.
배터리의 개발 단계에서 정확한 엔트로피를 기반으로, 적정한 열-전기-화학적 설계를 적용하면 보다 안전하고 수명이 향상된 배터리를 만들 수 있다.
연구팀은 ‘배터리 내외부의 열평형’과 ‘시간의 연속성’에 주목했다. 배터리를 적정 온도 수준으로 가열한 뒤, 내외부의 열평형 상태를 최대한 유지하면서 냉각을 최소화하는 준단열 상태로 만들었다.
시간이 흐르면서 배터리가 냉각되는 데 따른 전압 변화를 실시간으로 측정했다. 기존 방법은 모두 특정 온도 구간에서만 전압 변화를 측정해야 하고, 열평형 상태를 재현하는 데에 드는 시간이 오래 걸리는 한계가 있었다. 배터리 표면 온도와 내부 온도의 차이를 고려할 수 없는 점도 문제였다.
연구책임자인 도칠훈 박사는 “새로운 방법을 활용하면 배터리 내외부 열평형을 최대한 유지한 채, 측정하고 싶은 온도의 전 구간에서 보다 정확한 엔트로피를 측정할 수 있다”며 “배터리 개발 단계에서 가장 기본이자 핵심이라고 할 수 있는 열화학 분야에 새로운 패러다임을 가져올 것”이라고 설명했다.
연구팀은 이번 연구가 중대형 배터리를 사용하는 ESS, 전기자동차의 고성능화 및 안정화에 크게 기여할 것으로 보고 있다. 특히 ESS의 경우 안전한 배터리 관리를 위해 많은 유지비가 소요되지만, 정확한 열화학 해석법을 통해 발열 등 배터리와 관련한 다양한 위험성을 예견하여 ESS의 관리를 용이하게 할 것으로 기대하고 있다.
해당 연구 결과는 전기화학 분야의 국제 저명 학술지인 ‘일렉트로키미카 악타(Electrochimica Acta)’에 지난달 게재됐다.
