한국전기연구원(KERI, 원장 명성호) 차세대전지연구센터 하윤철 박사와 대구경북과학기술원(DGIST) 이용민 교수가 공동으로 연구한 ‘리튬이차전지 수명 및 발열특성 분석기술’ 연구 결과가 전기·전자공학 분야 국제 저명학술지에 게재되는 등 국제적으로 높게 평가받고 있다.

리튬이차전지의 안전한 사용을 위해 가장 중요한 기술 중 하나는 ‘열관리’다.

온도가 지나치게 높아지거나 낮아지면 전지의 성능이 빠르게 저하되기 때문이다.

하지만 현행 열관리시스템은 전지의 초기특성에 따라 설계되고 있어 장기간 사용하면서 성능이 저하된 전지의 특성은 반영하지 못하고 있다.

이러한 가운데 연구팀은 리튬이차전지의 장기 충·방전 과정이 수명과 발열 문제에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 배터리 화재까지 예측할 수 있는 기술을 개발했다.

충격 등 외부요인이나 제조사 결함이 없는 정상적인 전지라도 체계적인 열관리 없이 장기간 사용하면 사고에 이를 수 있다는 것을 과학적으로 밝혀낸 것이다.

이번 연구는 리튬이차전지 중 가장 많이 생산되는 원통형 전지를 대상으로 이루어졌는데 다양한 충·방전 조건에서 1,000회 이상 실험해 얻은 170만여 건의 시계열(time-series) 데이터를 분석한 결과다.

전지의 사용횟수에 따른 저장용량 변화를 단순한 수치로만 제시했던 기존 연구들과 달리 충·방전 속도가 배터리 수명과 발열특성에 미치는 영향을 통계학적으로 정확하게 분석한 것은 세계 최초다.

연구팀은 여기서 더 나아가 이러한 데이터를 시각화하고 통계 처리할 수 있는 ‘파이선’ 프로그램을 자체 개발해 배터리의 장기 성능을 분석하는 데도 성공했고, 사용 SW 프로그램과 연계해 시뮬레이션까지 할 수 있는 기반도 마련했다.

이를 통해 대다수 국민들이 사용하는 스마트폰은 물론 밀폐된 환경에서 수백·수천 개의 전지를 밀집해 사용하는 전기차와 ESS까지 안정성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.