소화기 원리로 전기차 배터리 화재 막는다

국내 연구진, 열폭주 막는 배터리 전해액 개발

국내 연구진이 소화기의 성분을 배터리에 접목해 배터리 열폭주를 차단하는 기술을 개발했다./송승완 충남대 교수

국내 연구진이 전기차 배터리 화재를 원천적으로 막을 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 소화기에 쓰이는 성분을 배터리에 적용해, 과열로 인해 발생하는 ‘열폭주’ 현상을 억제하는 방식이다.

한국연구재단은 송승완 충남대 교수 연구진이 도칠훈 한국전기연구원 책임연구원, 이영주 한국기초과학연구원 에너지소재연구그룹 그룹장 연구진과 공동으로 불이 잘 붙지 않는 전해액을 개발했다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘머티리얼즈 사이언스 & 엔지니어링 R-리포츠(Materials Science & Engineering R – Reports)‘에 지난 3월 게재됐다.

리튬이온배터리는 충격이나 과열로 인해 배터리 내부 온도가 급격히 상승할 경우, 일종의 폭발과 같은 ‘열폭주’ 현상을 일으킬 수 있다. 이전에 발생한 전기차 화재 사고의 상당수가 이 열폭주에서 비롯된 것으로 알려져 있다. 특히 리튬이온배터리의 전해액으로 사용되는 카보네이트계 유기용매는 쉽게 발화하는 특징이 있어 열폭주의 원인 중 하나로 지목된다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 불을 끄는 데 사용되는 불소와 인 같은 성분에서 아이디어를 얻었다. 이 성분들을 활용해 특수한 액체를 만들고, 배터리 내부에 들어가는 전해액에 적용했다. 그 결과, 열이 날 때 스스로 불을 끄는 기능을 가진 전해액을 개발하는 데 성공했다.

배터리 내부에서 온도가 급격히 오를 경우, 전해액이 열로 인해 분해되면서 반응성이 높은 ‘수소 라디칼’이 나온다. 이번에 개발한 전해액은 수소 라디칼을 포획해 화염을 억제했다. 마치 배터리 내부에 소화기를 장착한 셈이다.

실험 결과, 이 전해액은 기존에 비해 발화 시간이 ‘0초’로 측정될 정도로 불이 붙지 않았으며, 열폭주 현상도 효과적으로 억제했다. 아울러 개발한 전해액을 적용한 배터리는 600회 이상 충·방전 후에도 안정적인 성능을 유지했다.

송승완 교수는 “기존 전해액을 이번에 개발한 전해액으로 교체하면 열폭주 위험을 대폭 줄일 수 있다”며 “리튬이온배터리가 필요한 모든 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

참고 자료

Materials Science and Engineering: R: Reports(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.100980

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