한양대, 배터리 열폭주 전이·확산 예측하는 초고속 시뮬레이션 기술 개발

- 기존 대비 500배 빠른 배터리 열폭주 확산 예측 기술 확보

- 수억 원대 화재 실험 없이 가상 환경서 안전 설계 가능해져

- 글로벌 배터리 주도권 기여 기대

연구진 사진. (좌측부터) 곽은지 박사, 오기용 교수. (자료제공: 한양대)

수억원 화재 실험 대체할 배터리 ‘가상 열폭주 예지 시스템’. (자료제공: 한양대)

한양대학교(총장 이기정)는 기계공학부 오기용 교수 연구팀이 리튬이온 배터리 팩 내부에서 발생하는 열폭주 전이 및 확산 현상을 초정밀·초고속으로 예측할 수 있는 시뮬레이션 프레임워크를 개발했다고 3월 5일 밝혔다.

이번 연구는 배터리 화재 확산 과정을 실제 화재 실험 없이 가상 환경에서 빠르게 예측할 수 있는 기술을 제시했다는 점에서 주목된다. 특히 복잡한 다물리(multiphysics) 현상을 효율적으로 계산할 수 있는 새로운 해석 프레임워크를 구축해 배터리 안전 설계에 활용 가능성을 제시했다.

전기차와 에너지저장장치(ESS)의 보급이 확대되면서 리튬이온 배터리 화재에 대한 안전성 확보가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 그러나 배터리 제조사들이 안전성을 검증하기 위해 수행하는 실제 화재 실험은 한 번에 수억 원 이상의 비용이 들고 위험 부담이 크다. 

반면 전산해석 기반 예측 기술은 계산 시간이 수십 일 이상 소요되는 경우가 많아 설계 단계에서 활용하기 어려운 한계가 있었다.

오 교수팀은 배터리 내부에서 발생하는 열 전달, 화학 반응, 가스 발생 등 복잡한 다물리 현상을 수학적 등가 모델로 변환해 계산 효율을 크게 향상시키는 방법을 제안했다. 이를 통해 기존 대비 약 500배 빠른 속도로 배터리 팩 내부의 열폭주 전이 및 확산 과정을 예측할 수 있으며, 정밀도 또한 기존 기술 대비 약 5% 수준의 오차 범위를 유지했다. 

이 기술을 활용하면 설계 단계에서 배터리 팩의 화재 확산 위험을 신속하게 분석하고 구조적 보완 방안을 검토할 수 있어 배터리 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

오기용 교수는 “이번 연구는 기존 배터리 해석 모델의 기술적 한계를 극복하고, 실제 산업 현장에서 즉각 활용 가능한 고속 정밀 시뮬레이션 프레임워크를 제시했다는 점에서 가치가 높다”며 “이러한 독보적인 해석 역량은 대한민국이 글로벌 배터리 안전 기술 주도권을 확보하는 데 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한양대 곽은지 박사후연구원이 제1저자로, 한양대 오기용 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원과 소방청 전기기반 모빌리티 관련 시설 및 부품 화재 대응 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘eTransportation’에 2026년 5월 게재될 예정이다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]