한국기계연구원은 리튬이온 배터리팩의 열폭주와 화재 위험을 줄이기 위해 비전도성 액체를 활용한 '분사형 액침냉각 기술'을 개발했다고 14일 밝혔다.

탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 김진섭 책임연구원 연구팀이 개발한 이 기술은 비전도성 액체가 배터리셀과 직접 접촉해 열을 빠르게 제거하는 방식이다.

배터리팩 상부에는 액체를 직접 분사하고, 하부는 액체에 부분적으로 잠겨 있어 액체의 대류 현상에 의한 추가 냉각 효과를 얻을 수 있다.

상부 분사 냉각과 하부 대류 냉각이 결합해 높은 냉각 성능을 구현했으며, 급속 충·방전 조건에서도 배터리팩 온도를 35도 이하로 안정적으로 유지했다.

기존 공랭식·수랭식 냉각 기술은 히트싱크나 콜드플레이트 등을 활용한 간접 냉각 방식으로, 여름철이나 급속 충·방전 환경에서는 배터리팩 온도가 상승하는 한계가 있다.

이를 보완하기 위해 비전도성 액체를 직접 접촉하는 액침냉각 기술이 주목받고 있으나, 기존 방식은 배터리팩 전체를 액체에 담가야 해 액체 사용량 증가에 따른 비용과 중량 문제가 있었다.

이번에 개발한 분사형 액침냉각 기술은 기존 액침냉각 대비 액체 사용량을 10∼20% 수준으로 줄이면서도 냉각 성능은 향상해 배터리팩의 열적 안정성과 경량화를 동시에 확보했다.

최근 리튬이온 배터리 화재와 열폭주 안전성 문제가 중요해지면서 이번 기술은 전기차와 데이터센터 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 분야의 배터리 안전성 향상에 활용될 것으로 기대된다.

김진섭 책임연구원은 "분사형 액침냉각 기술은 적은 양의 비전도성 액체만으로도 리튬이온 배터리팩을 효과적으로 냉각해 열폭주와 화재 발생 위험을 낮출 수 있는 기술"이라며 "액체 사용량을 최소화해 무게와 비용 부담을 줄인 만큼 전기차와 ESS 등 다양한 분야로 적용이 확대될 것"이라고 말했다.