리튬이온 배터리팩을 적은 비전도성 액체만으로 냉각하고, 화재 위험도 줄일 수 있는 '분사형 액침냉각 기술'이 국내 개발됐다. 이미 실제 급속 충방전 조건에서 안정적인 냉각 성능을 확인다. 기존 완전 액침냉각 방식 대비 액체 사용량을 약 85% 절감했다.
한국기계연구원(원장 류석현)은 김진섭 히트펌프연구센터 책임연구원팀이 리튬이온 배터리팩 열폭주와 화재 위험을 줄이기 위해 비전도성 액체를 활용한 '분사형 액침냉각 기술'을 개발했다고 14일 밝혔다.
기존 공랭·수냉식 냉각 기술은 히트싱크나 콜드플레이트 등을 활용한 간접 냉각 방식으로, 급속 충방전 환경에서는 배터리팩 온도가 상승하는 한계가 있었다. 이를 보완하고자 비전도성 액체에 배터리팩 전체를 직접 담그는 액침냉각 기술이 주목받지만, 액체 사용량이 많아 비용·중량 문제가 있었다.
개발 기술은 배터리팩 상부에 액체를 직접 분사하고, 하부는 액체에 부분적으로 잠기는 식이다. 액체 대류 현상에 의한 추가 냉각 효과를 얻을 수 있어 급속 충방전 조건에서도 배터리팩 온도를 유지할 수 있다. 기존 액침냉각 대비 액체 사용량은 10~20% 수준으로 적다. 기존 액침방식과 마찬가지로 배터리 화재도 막는다.
개발 기술은 전기차와 데이터센터 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 분야 배터리 안전성 향상에 활용될 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 AI 기술을 활용해 최적의 냉각 성능을 구현할 신규 비전도성 액체 발굴 연구로 확대할 계획이다.
김진섭 책임은 “액체 사용량을 최소화해 무게·비용 부담을 줄인 만큼 전기차·ESS 등 다양한 분야로 적용이 확대될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구 성과는 열공학 분야 세계적인 학술지인 '어플라이드 서멀 엔지니어링'에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
