국내 연구진, 배터리 화재 ‘열폭주’ 원인 밝혔다

최근 전기차 배터리 폭발 사고로 배터리 안전성 문제가 불거지고 있는 가운데 국내 연구진이 수 초 만에 1000도 이상으로 온도가 치솟는 ‘열폭주’ 현상의 원인을 밝혔다.

서울대는 5일 임종우 화학부 교수, 김원배 포스텍 화학공학과 교수, 삼성SDI 공동연구팀이 배터리 열폭주 현상의 메커니즘을 분석해 국제학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 1일자에 발표했다고 밝혔다.

열폭주 현상은 많은 2차전지 업체들이 사용하는 하이니켈 배터리에서 주로 발생하고 있다. 하이니켈은 니켈 함량이 80% 이상인 양극재를 사용하는 배터리로, 용량은 크지만 열 안정성이 낮아 열폭주에 더 취약하다는 단점이 있다. 최근 인천 청라국제도시에서 발생한 대형 화재의 원인으로 지목되고 있는 중국 CATL의 ‘니켈·코발트·망간(NCM) 811’ 배터리 역시 하이니켈 배터리다.

연구진은 방사광 가속기 기반의 X선 회절 기법을 활용해 배터리 내부를 관찰했다. 그 결과 양극과 음극 사이에 화학종이 교환되는 과정에서 ‘자가 증폭’ 반응이 일어난다는 것을 확인했다. 이런 자가 증폭 과정이 빠르게 일어나며 열폭주로 이어지게 된다.

연구진은 음극 표면을 새 코팅법으로 감싸자 음극에서 시작되는 자가 증폭을 막을 수 있었다고 전했다. 임 교수는 “이를 활용해 국내 기업들의 경쟁력을 높일 수 있을 것”이라고 했다.


최지원 기자 jwchoi@donga.com