서울대가 임종우 서울대 화학부 교수, 김원배 포스텍 교수, 삼성SDI 연구팀이 공동으로 진행한 연구를 통해 열폭주 현상의 메커니즘을 규명하고 이를 억제할 공법을 확인했다고 5일 밝혔다.

열폭주 현상은 전기차에서 화재가 발생할 때 배터리의 온도가 수초 안에 1000도가 넘게 치솟는 현상이다.

국내 2차전지 업체들이 추진하고 있는 하이니켈 양극제는 용량이 크지만 열 안정성이 낮아 열폭주에 더 취약한 만큼 열폭주 메커니즘을 규명하는 것은 중요한 과제였다.

연구팀은 물질의 내부 미세구조를 볼 수 있는 방사광 가속기 기반 X선 회절 기법을 활용해 배터리셀 내부에서 화학 반응을 관찰했고, 그 결과 양극재와 흑연 음극 사이의 화학종 교환에서 중대한 발열 반응이 비롯되고 발열을 통해 반응이 다시 발생하는 자가증폭루프 때문임을 밝혀냈다.

연구팀은 자가증폭루프를 통해 생성된 산소와 이산화탄소가 음극 표면에 석출된 리튬과 반응하며 급격한 온도 상승에 기여하고 있음을 발견했으며 반응을 막을 수 있는 고품질 산화 알루미늄 코팅법을 개발해 배터리셀 내에서 일어나는 열폭주를 억제해냈다.

삼성SDI와 삼성미래기술육성재단, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행된 연구결과는 지난 1일 유명 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 표지 논문으로 선정됐다.

연구진은 "공학적으로 풀지 못한 이차전지 분야의 문제를 해결했다는 것에 큰 의미가 있다"며 "이를 응용하면 하이니켈 양극재를 주력으로 추진하는 우리나라 기업들의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.