한국과학기술원(KAIST)은 열폭주 원인이 될 수 있는 배터리 전극의 미세한 두께 불균일을 배터리를 뜯거나 훼손하지 않고도 머리카락 굵기의 약 1만분의 1 수준까지 구분하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

전기차에 많이 쓰이는 리튬이온배터리의 전극은 전기가 흐르는 핵심 부품이다.

전극 두께가 아주 조금만 달라도 충·방전 과정에서 전류가 특정 부분에 집중돼 열이 발생할 수 있다. 이 열이 계속 쌓이면 열폭주(배터리 내부 온도가 급격히 상승하면서 화재나 폭발로 이어지는 현상)가 일어날 수 있어 배터리 제조 과정에서는 전극 두께를 균일하게 관리하는 것이 중요하다.

기계공학과 김영진 교수 연구팀은 테라헤르츠파를 배터리 전극에 쏘아 내부에서 여러 번 반사되며 생기는 신호를 얻고, 광주파수빗을 기준으로 이 신호를 초정밀하게 분석해 전극의 두께를 계산했다. 이를 통해 배터리를 훼손하지 않고도 내부를 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 수준까지 정밀하게 측정했다.

연구팀은 사람 머리카락 한 올과 비슷한 두께인 50∼150마이크로미터(㎛)의 배터리 전극을 대상으로 기술을 검증했다.

0.2초의 짧은 측정만으로도 머리카락 굵기의 약 1천400분의 1에 해당하는 미세한 두께 차이(음극 70.1나노미터, 양극 465.5나노미터)까지 측정했으며, 이는 빠르게 움직이는 배터리 생산라인에서도 활용할 수 있는 수준이다.

측정 시간을 25.6초로 늘리자 정밀도는 더욱 높아졌다고 연구팀은 설명했다.

음극은 머리카락 굵기의 약 1만분의 1에 해당하는 7.8나노미터까지 구분할 수 있었고, 양극도 25.2나노미터까지 측정했다.

이는 기존 분석 방식보다 최대 100배 높은 정밀도로, 눈으로는 전혀 확인할 수 없는 미세한 두께 차이까지 찾아낼 수 있는 수준이라고 연구팀은 부연했다.

김영진 교수는 "이번 기술은 전극 두께와 소재 특성을 별도 보정 없이 동시에 측정할 수 있는 통합형 계측 플랫폼"이라며 "차세대 리튬이온배터리뿐만 아니라 전고체 배터리 생산라인의 실시간 품질관리를 위한 핵심 기술로 활용될 것"이라고 말했다.