전기차 배터리 '내부 결함' 자기장으로 잡는다..."폭발·화재 예방 기대"

DGIST

배터리를 분해하지 않고도 내부 결함을 이미지화할 수 있는 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공

자기장을 이용해 2차전지의 내부 결함을 미리 확인하고 폭발 사고 등을 예방할 수 있는 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 이홍경·이용민 에너지공학과 교수 연구팀이 문장혁 중앙대 교수 연구팀과 함께 자기장 이미징 기법(MFI)을 사용해 2차전지의 내부 결함을 실시간·비접촉 방식으로 진단할 수 있는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '스몰 메소즈(Small Methods)'에 지난 달 15일 온라인 게재됐으며 LG에너지솔루션과 공동으로 특허 출원했다.

2차전지는 전기자동차를 비롯해 다양한 에너지 저장 시스템 시장에서 활용된다. 하지만 배터리 내부에 결함이 있을 경우 폭발 사고가 일어날 위험성이 존재한다. 배터리 결함은 출하 전 공정에서 생기거나 장기 사용에 따른 노화, 과충전, 기계적 충격 등으로 발생한다. 배터리 내부를 들여다보기 어려워 결함의 종류와 위치를 사전에 감지하는 게 거의 불가능했다.

연구팀은 배터리 내부의 잠재적 결함 요소가 비정상적인 전류를 유발할 수 있다는 점에 착안, 자기장 이미징 기술을 적용했다. 배터리 충·방전 시 전류로부터 유도된 자기장의 세기와 분포를 수십 초 내로 스캔해 배터리 내부 전류 분포를 시각화하는 기술이다. 

이어 파우치형 배터리 제조 과정에서 발생할 수 있는 공정 결함을 인위적으로 재현한 '결함-모사 배터리'를 제작해, 정상적으로 제조된 배터리와 내부 전류 패턴에서 어떤 차이가 있는지 확인했다. 이를 통해 결함 유형을 식별할 수 있도록 했다. 또 이상 전류를 선택적으로 감지하고 각 결함의 위치를 추적할 수 있도록 했다. 

연구를 이끈 이 교수는 "배터리를 분해하지 않고도 내부에 흐르는 전류를 빠르게 이미지화해 결함의 유형을 선별하고 위치를 추적할 수 있다"며 "산학 협력을 기반으로 실제 양산 셀에서의 검증을 통해 기술의 완성도를 높일 것"이라고 밝혔다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]