전고체배터리의 단락 전조, 센서 붙여 감지한다

UNIST 이현욱 교수팀, 리튬 수지상 형성에 따른 단락 리스크 진단기술

전고체배터리에 센서를 부착해 단락 전조 증상을 미리 감지할 수 있는 기술이 나왔다.

UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 전고체 전지 외부에 압력센서와 변위 센서를 부착해 리튬 수지상 형성을 사전에 감지하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

전고체배터리는 휘발성 액체 전해질을 고체로 대체한 차세대 전지다.

폭발과 화재 위험은 크게 줄지만 배터리가 죽어버리는 단락의 가능성은 여전히 있다.

단락은 바늘처럼 생긴 리튬 수지상이 전해질을 관통해 생기는 현상이다. 음극 소재로 리튬 금속을 쓰는 전고체배터리는 수지상이 자라기 더 쉽다.

이 수지상은 배터리 충전 과정에서 리튬 금속이 전극의 '수직' 방향으로 쌓여 나가면서 생긴다.

정상적인 충전 과정에서 리튬 금속이 전극 표면에 '수평' 방향으로 고르게 도금된다.

연구팀은 압력센서와 2개의 변위 센서를 배터리 셀에 부착해 수지상을 조기에 감지하는 기술을 개발했다.

수지상이 생길 때 배터리 셀 안에서 발생하는 미세 부피 변화를 읽어내는 원리다.

수직 방향 성장이 발생하는 경우 압력 변화가 급격하고, 셀 양쪽에 부착된 변위센서로 측정한 셀 두께 변화간의 차이가 컸다.

이현욱 교수는 "전고체배터리는 휘발성 전해질이 없어 폭발 위험은 낮지만 리튬 수지상이 고체 전해질을 뚫으면 셀 내부에서 전기적 단락이 발생할 수 있다"며 "이번 연구는 이런 위험을 사전에 진단할 수 있는 정량적 기준을 마련한 것"이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 지난 6월 10일 온라인 공개됐다.

지난 한 달간 가장 많이 본 논문으로도 선정됐다.

연구수행은 (주)현대자동차, 과학기술정보통신부 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐다.

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울산CBS 반웅규 기자 bangija@cbs.co.kr

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