전기차 열폭주 원천 차단…차세대 배터리 기술 등장

중국 허난성 중부에 위치한 한 생산 시설에서 기술자들이 나트륨 이온 배터리 유닛을 조립하는 모습 [사진: VCG]

[디지털투데이 AI리포터] 중국과학원 연구진이 배터리 온도 상승 시 내부에서 고체 차단벽을 형성해 화재를 원천 차단하는 나트륨 이온 배터리 소재를 개발하며, 전기차 안전성의 핵심 과제인 열폭주 문제 해결에 나섰다.

8일(현지시간) IT 매체 테크레이더에 따르면, 연구팀은 온도가 약 150도를 초과하면 액체에서 밀도 높은 고체로 변하는 중합성 비인화성 전해질(PNE)을 개발했다. 이 소재는 배터리 내부 온도가 급격히 상승하는 순간 스스로 방화벽을 형성해 부품 간 열 이동을 차단하며, 가스 방출이나 폭발로 이어지는 열폭주를 발생 단계에서 억제하는 것이 특징이다.

이러한 기술의 핵심 메커니즘은 국제 학술지 네이처에 게재됐다. 시스템은 열 안정성, 인터페이스 안정성, 물리적 분리라는 세 가지 구조를 통해 열 확산을 방지하며, 3.5Ah 원통형 나트륨 이온 배터리 실험에서도 열폭주를 완전히 억제하는 성과를 보였다. 이는 실질적인 용량의 셀에서 구현된 사례라는 점에서 의미가 크다.

안전성 검증에서도 긍정적인 결과가 확인됐다. 내부 단락을 가정한 못 관통 시험에서 연기나 화재, 폭발이 발생하지 않았고, 최대 300도의 고온에서도 안정성을 유지했다. 동시에 에너지 밀도 211Wh/kg을 달성하고 영하 40도부터 영상 60도까지의 환경에서도 안정적으로 작동해 성능 저하 없이 안전성을 확보한 것으로 나타났다.

이처럼 성능과 안전성을 동시에 확보한 점은 상용화 가능성을 높이는 요소로 평가된다. 연구진은 산업 현장에서 널리 사용되는 재료를 활용한 만큼 대량 생산으로의 확장이 용이하다고 설명했다. 향후 해당 기술이 적용될 경우 전기차와 대규모 에너지 저장 시스템에서 가장 큰 위험 요소로 꼽혀온 화재 문제를 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.