입력 2026.08.03 15:01
바이오 기반 에어로겔과 상변화 소재 결합… 배터리 열폭주 전이 억제 위한 새로운 열관리 소재 플랫폼 제시
중앙대학교 연구진이 전기자동차와 대규모 에너지저장장치의 화재 안전성을 높이는 데 활용할 수 있는 다기능 열관리 복합소재를 개발했다.
중앙대 화학공학과 겸 지능형에너지산업융합학과 김주헌 교수 연구팀은 열전달을 억제하는 바이오 기반의 에어로겔과 열을 흡수·저장하는 상변화 소재를 결합해 단열, 열에너지 저장, 누출 저항성, 구조적 안정성, 난연 성능을 동시에 갖춘 열관리 복합소재’를 개발했다고 밝혔다.
배터리 열폭주 대응 위한 ‘단열’과 ‘잠열’의 결합
전기자동차와 에너지저장장치(ESS)에 사용되는 리튬이온 배터리는 충·방전이나 내부 단락으로 과도한 열이 발생할 수 있다. 이 열이 인접한 셀로 빠르게 전달되면 연쇄적인 온도 상승과 화재를 동반하는 열폭주로 이어질 수 있다.
이를 막기 위해 고분자 폼, 세라믹 섬유, 에어로겔 등의 단열재가 활용되어 왔지만 기존 소재는 열전달을 늦출 뿐 내부에서 발생한 열을 직접 흡수하기 어렵다는 한계가 있다. 반면 상변화 소재는 고체에서 액체로 변하는 과정에서 잠열을 흡수해 온도 상승을 완화할 수 있으나, 액상화에 따른 누출과 구조 손상 문제가 뒤따랐다.
연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 에어로겔의 단열 기능과 상변화 소재의 잠열 저장 기능을 하나의 복합소재에 결합했고 이를 통해 열의 전파를 늦추는 동시에 발생한 열을 흡수함과 동시에 상변화 과정에서 필연적으로 발생하는 누액 현상까지 억제할 수 있도록 설계되었다.
전기차·ESS용 다기능 열관리 소재로 활용 기대
이번 연구는 단순히 열의 전달을 막는 기존 단열재의 한계를 넘어, 상변화 소재를 이용해 열을 흡수·저장하고 고온에서의 누출과 화재 위험까지 함께 줄였다는 점에서 의미가 있다.
특히 바이오 기반 HEC/LGN 에어로겔의 단열 특성, 에리트리톨의 잠열 저장 능력, ZnO의 구조 보강 및 난연 효과를 하나의 복합소재에 통합함으로서 전기자동차 배터리 모듈과 팩, 대규모 에너지저장장치(ESS)등에서 셀 사이의 급격한 열전달을 지연하고 온도 상승을 완화할 수 있는 열관리 소재로 활용될 가능성이 기대된다.
연구 결과는 ‘다기능성 열 절연을 위한 산화아연 도입 하이드록시에틸 셀룰로오스/리그닌 에어로겔–에폭시/에리트리톨 복합소재(Zinc oxide-integrated hydroxyethyl cellulose/lignin aerogel–epoxy/erythritol composite for multifunctional thermal insulation)’라는 제목으로 화학공학 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’(Impact Factor 12.5) 게재되었다.