전기차 충전 더 빨라진다…켄텍, 대형 배터리 발열 해결

냉각 채널 적용으로 충전 시간 23% 단축·내구성 향상

연구 성과 셀프레스 발행 국제학술지 '디바이스' 게재

6C 급속충전 조건에서 4680 원통형 셀과 튜브형 셀의 열적 거동 비교. A: 시간 경과에 따른 최고 및 평균 온도 변화 비교. B, C: 최고 온도 도달 시점에서의 단면 온도 분포 비교 (B: 원통형 셀, C: 튜브형 셀)  (그래픽=켄텍 제공) [email protected]

[나주=뉴시스]이창우 기자 = 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍) 연구진이 전기차 급속충전의 걸림돌로 꼽혀온 대형 원통형 배터리의 발열 문제를 해결할 수 있는 차세대 배터리 기술을 개발했다.

30일 켄텍에 따르면 에너지공학부 송주현 교수 연구팀이 셀 중심부에 냉각 채널을 적용한 '튜브형 배터리(Tubular Form Factor Battery)'를 개발했다.

이번 연구는 대형 원통형 배터리의 발열을 크게 줄이면서 충전 속도와 내구성, 경제성까지 개선한 성과로 평가된다.

최근 전기차 배터리는 에너지 밀도를 높이고 생산 단가를 낮추기 위해 셀 대형화가 빠르게 진행되고 있다.

하지만 셀 크기가 커질수록 내부에서 발생한 열이 외부로 배출되지 못해 급속충전 속도를 높이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 기존 원통형 배터리의 중앙 공간에 냉각수가 흐르는 채널을 배치해 셀 내부와 외부에서 동시에 열을 방출하는 구조를 구현했다. 이를 통해 열 전달 거리를 기존의 절반 수준으로 줄여 냉각 효율을 크게 높였다.

연구 결과 46㎜ 규격 배터리를 6C 조건으로 급속충전을 했을 때 기존 배터리의 최고 온도는 58.1도까지 상승했으나 튜브형 배터리는 44.5도를 기록해 발열을 13.6도 낮추는 획기적인 냉각 효과를 확인했다.

충전 시간도 배터리 용량이 5%에서 95%까지 이르는데 기존에는 12.4분이 소요됐으나 9.6분으로 약 23% 단축했다.

배터리 수명도 크게 향상됐다. 500회 충전 반복 시험에서 용량 유지율은 기존 원통형 배터리의 76%보다 15.5%포인트(p) 높은 91.5%를 기록했다.

한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍) 에너지공학부 송주현 교수. (사진=켄텍 제공) [email protected]

경제성 측면에서도 의미 있는 결과를 확보했다. 연구팀은 향상된 냉각 성능 덕분에 셀을 더 대형화할 수 있어 10분 급속충전 기준 kWh(킬로와트시)당 약 2.9달러의 생산 원가 절감 효과가 기대된다고 분석했다.

기존 원통형 배터리 생산 공정과 팩 조립 설비를 대부분 그대로 활용할 수 있어서 상용화 가능성도 높은 것으로 평가했다.

송주현 교수는 "이번 연구는 지난 30년간 큰 변화가 없었던 원통형 배터리 구조를 새롭게 제안해 대형 셀의 발열 한계를 근본적으로 극복한 사례"라며 "전기차용 차세대 원통형 배터리 상용화를 앞당기는 중요한 전환점이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 지원을 받아 수행했다.

연구 결과는 셀프레스(Cell Press)가 발행하는 국제 학술지 디바이스(Device)에 게재됐다.


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