한국전기연구원(KERI)은 하윤철 차세대전지연구센터 박사와 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 교수가 공동 연구한 '리튬이차전지 수명과 발열 특성 분석 기술' 연구가 전기·전자공학 분야 국제 저명 학술지에 게재됐다고 9일 밝혔다.

연구는 정태종 과학기술연합대학원대학교 KERI 캠퍼스 박사과정 학생과 이효빈 DGIST 박사과정 학생이 주저자로 참여했다.

리튬이차전지는 스마트폰, 전기차, 전력저장장치(ESS) 등 4차 산업혁명을 대표하는 다양한 산업에 쓰이고 있다.

하지만 최근 아파트에서 충전하고 있던 전기 자전거와 전동 킥보드 배터리가 폭발해 이슈가 됐고 최근 주목을 받고 있는 ESS는 국내에서만 35차례 넘게 대형 화재 사고가 발생했다.

리튬이차전지의 안전한 사용을 위해 가장 중요한 기술은 '열 관리'다. 온도가 지나치게 높아지거나 낮아지게 되면 전지의 성능이 더 빠르게 저하되기 때문이다.

현행 열 관리 시스템은 전지의 초기 특성에 따라 설계되고 있어 장기간 사용하면서 성능이 저하된 전지의 특성은 반영하지 못하고 있다.

이에 연구팀은 리튬이차전지의 장기 충·방전 과정이 수명과 발열 문제에 미치는 영향을 분석하고 이를 통해 배터리 화재까지 예측할 수 있는 기술을 개발했다.

연구는 리튬이차전지 가운데 가장 많이 생산되는 원통형 전지를 대상으로 이뤄졌다. 다양한 충·방전 조건에서 1000회 이상 실험해 얻은 170만여건의 시계열 데이터를 분석한 결과다.

전지의 사용 횟수에 따른 저장 용량 변화를 단순히 수치로만 제시했던 기존 연구와는 달리 충·방전 속도가 배터리 수명과 발열 특성에 미치는 영향을 통계학적으로 분석한 것은 세계 최초다.

연구팀은 데이터를 시각화하고 통계 처리할 수 있는 파이선 프로그램을 자체 개발해 배터리의 장기 성능을 분석하는 데도 성공했다. 상용 소프트웨어 프로그램과 연계해 시뮬레이션까지 할 수 있는 기반도 마련했다.

하윤철 KERI 박사는 "그동안 경험적인 추측에만 머물렀다면 우리의 성과는 통계 분석과 전산 해석 기법을 통해 문제 원인을 과학적으로 밝혀냈다는 것에 의의가 있다"며 "꾸준한 연구를 통해 파우치형과 캔형 등 다양한 형태의 전지를 안정적으로 운용하는 데 도움을 줄 수 있는 기술 개발에 매진하겠다"고 말했다.

연구결과는 우수성을 인정받아 전기화학 분야 세계적 학술지인 저널 오브 파워소스 5월호에 게재됐다.