`배터리 내부결함` 손금처럼 본다…자기장으로 전류 분포 시각화

DGIST, 자기장 이미징 기법 활용
다양한 결함 원인 실시간·비침습 확인

DGIST는 자기장 이미징 기법으로 배터리 내부 결함을 진단하는 기술을 개발했다. DGIST 제공

이민규 DGIST 에너지공학과 석박통합과정생(아랫쪽), 이홍경 DGIST 교수

배터리 내부의 결함을 자기장으로 진단할 수 있는 기술이 나왔다. 폭발과 화재 등의 위험을 사전에 예방하는 기술로 쓰일 전망이다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 이홍경·이용민 에너지공학과 교수 연구팀이 문장혁 중앙대 교수 연구팀과 공동으로 자기장 이미징 기법(MFI)을 이용해 배터리 내부 결함을 실시간·비접촉 방식으로 진단할 수 있는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

배터리 결함은 출하 전 공정 상 결함이나 장기간 운영에 따른 노화, 과충전, 기계적 충격 등 다양한 요인으로 발생한다. 이런 잠재적 결함들은 화재 위험을 증가시키지만, 배터리 내부를 들여다 보기 어려워 결함의 종류와 위치를 사전에 감지하기 거의 불가능하다.

최근에는 배터리를 분해하지 않고 실시간 분석할 수 있는 X-레이, CT, MRI 등의 기술이 이차전지 연구에 활용되고 있지만 시간과 비용이 많이 들고, 해상도 한계로 활용이 제한돼 있다.

연구팀은 자기장 이미지 기술을 도입해 배터리 내부에 이상 전류를 감지할 수 있는 실시간 진단 기법을 적용했다. 배터리 충방전 전류로부터 유도된 자기장의 세기와 분포를 자기장 이미징 기법으로 수십 초 내에 스캔해 실험적으로 배터리 내부 전류 분포를 시각화하는 기술을 개발했다.

또한 파우치형 배터리 제조 시 의심되는 공정 결함을 인위적으로 재현한 '결함-모사 배터리'를 제작해 정상 제조된 배터리 내부 전류 패턴 간 차이를 확인함으로써 결함 유형을 식별하도록 구현했다. 연구팀은 외부 도체를 이용해 이상 전류를 선택적으로 감지하고, 각 결함 위치를 추적하는 기술도 제시해 LG에너지솔루션과 공동으로 특허출원 했다.

이홍경 DGIST 교수는 "배터리를 분해하지 않고 내부에 흐르는 전류를 빠르게 이미징해 결함의 유형 선별과 위치 추적을 할 수 있어 향후 배터리 안전 진단기술로 활용할 수 있다"며 "다양한 결함들이 모사된 배터리들과 실제 양산 셀에서의 검증을 통해 기술 완성도를 높여 나갈 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '스몰 메소즈(지난달 15일자)' 온라인에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr