부산대, '배터리 열폭주 확산 차단 복합소재 개발' 국책사업 선정

- 7개 기관 참여...5년간 총 71억 원 투입 2030년까지 상용화 기반 마련

- 전기차 배터리 안전성 강화 위한 초고내열·경량 복합소재 개발 추진

- 도심항공모빌리티·우주항공까지 확장 가능한 차세대 배터리 방호 원천기술 확보 기대

연구개념도. [제공=부산대]

최근 전기차 배터리 화재에 대한 우려가 커지는 가운데, 부산대학교가 불에 닿으면 스스로 세라믹 구조로 변해 배터리 열폭주 확산을 차단하는 차세대 복합소재 개발에 나선다.

전기차는 물론 에너지저장장치(ESS), 도심항공모빌리티(UAM), 우주항공 분야까지 활용 가능한 차세대 안전소재로 주목된다.

부산대학교는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 '나노·소재기술개발사업(글로벌공급망첨단소재기술개발)'에 선정돼 '배터리 열폭주 확산 차단용 자가-세라믹화(Self-Ceramicizing) 기반 열-기계 복합 방호 연속섬유 복합소재 개발' 과제를 본격 추진한다고 밝혔다.

이번 연구는 부산대 응용화학공학부 고분자공학과 이재준 교수가 총괄 연구책임자를 맡고, 한국과학기술연구원(KIST), 중앙대학교, 서강대학교, SJ신소재, MADDE, LX하우시스 등이 공동 참여한다. 연구는 2026년 4월부터 2030년 12월까지 약 4년 9개월간 진행되며 총 71억원의 연구비가 투입된다.

◆ 1500℃ 화염에도 구조 유지...배터리 열폭주 확산 차단

전기차용 고에너지밀도 배터리 보급이 확대되면서 배터리 열폭주에 대한 안전성 확보는 자동차 산업의 핵심 과제로 떠오르고 있다.

열폭주가 발생하면 국부 화염 온도가 1500℃를 넘는 만큼 배터리팩을 보호할 수 있는 고성능 방호 소재가 필수적이다.

현재 사용되는 알루미늄 기반 구조재나 일반 유기계 복합소재는 초고온에서 구조 안정성을 유지하는 데 한계가 있으며 철강이나 내열합금은 무게가 무거워 전기차 주행거리 감소라는 문제를 안고 있다.

부산대 연구팀이 제안한 '자가-세라믹화 복합소재'는 평상시에는 가볍고 강한 고분자 복합소재 특성을 유지하다가 화염에 노출되면 스스로 고내열 세라믹 구조로 변하는 것이 특징이다.

고온에서는 치밀한 세라믹층과 다공성 단열 구조가 동시에 형성돼 열 전달과 산소 확산을 억제하고, 내부 연속섬유를 보호해 배터리 열폭주의 확산을 지연하거나 차단하는 방식이다.

◆ AI 역설계부터 실증까지...배터리 안전 플랫폼 구축

이번 연구는 단순한 난연 소재 개발을 넘어 자가-세라믹화 전구체 설계, 실리콘카바이드(SiC) 기반 고내열 구조 형성, 하이브리드 연속섬유 복합재 제조, AI 기반 역설계 플랫폼 구축, 실제 배터리 열폭주 모사 실증까지 포함하는 통합형 연구라는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 최종적으로 1500℃ 화염 환경에서 30분 이상 구조 안정성을 유지하고, 화염 반대면 온도를 150℃ 이하로 제어하면서도 400MPa 이상의 인장강도와 초경량 특성을 동시에 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

개발 기술은 전기차뿐 아니라 ESS, UAM, 철도, 선박, 우주·항공 등 고에너지 배터리를 사용하는 다양한 분야로 확대 적용될 전망이다.

이재준 부산대 교수는 "배터리 열폭주 문제는 단순한 난연 기술만으로 해결하기 어려운 차세대 에너지 시스템의 핵심 안전 과제"라며 "초고온 환경에서도 구조 안정성을 유지하는 자가-세라믹화 복합소재 원천기술을 확보해 미래 모빌리티와 우주항공 분야까지 확장 가능한 글로벌 플랫폼 기술로 발전시키겠다"고 말했다.

부산대는 이번 연구를 계기로 배터리 안전 분야의 원천기술 확보와 함께 소재·부품·완성차 산업 생태계와 연계한 기술 이전 및 조기 사업화도 적극 추진할 계획이다. 이번 사업이 국내 배터리 안전기술 경쟁력과 미래 모빌리티 산업의 기술 자립도를 높이는 계기가 될 것으로 기대된다.

출처 : 전기신문(https://www.electimes.com)

https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=370580