최근 에너지저장장치(ESS)를 비롯해 전기자동차 등 다양한 분야에서 중대형 배터리의 수요가 급증하는 가운데, 한국전기연구원(원장 최규하)은 차세대전지연구센터 도칠훈 박사팀이 중대형 배터리의 열화학 반응을 결정하는 ‘엔트로피(Entropy)’를 정확하게 측정하여 배터리의 성능과 안정성을 높일 수 있는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

엔트로피란 온도와 배터리 전압과의 변화 관계를 축약하여 나타내는 지표다. 배터리의 개발 단계에서 정확한 엔트로피를 기반으로, 적정한 열-전기-화학적 설계를 적용하면 더욱 안전하고 수명이 향상된 배터리를 만들 수 있다.

엔트로피를 측정하는 기존의 방법은 특정 온도의 구간마다 구분해서 각각 전압을 측정하기 때문에, 온도의 실시간 변화에 따른 시간의 연속성을 보장하지 못한다.

이를 해결하기 위해 도 박사팀은 ‘배터리 내·외부의 열평형’과 ‘시간의 연속성’에 주목했다. 우선 배터리를 적정 온도 수준으로 가열한 뒤, 열이 거의 빠져나가지 않도록 준단열 상태로 만들었다.

준단열 상태에서의 배터리는 내·외부 열평형 상태를 최대한 유지할 수 있고, 자연스럽게 온도가 내려가는 과정에서 전압을 계속 측정하고 기록하게 되니 시간의 연속성도 보장할 수 있다.

전기연구원 도칠훈 박사가 배터리 엔트로피 측정기기 앞에서 포즈를 취하고 있다. /한국전기연구원/

연구책임자인 도칠훈 박사는 “배터리 내·외부 열평형을 최대한 유지한 채, 측정하고 싶은 온도의 전 구간에서 더욱 정확한 엔트로피를 측정할 수 있다”며 “배터리 개발 단계에서 가장 기본이자 핵심이라고 할 수 있는 열화학 분야에 새로운 패러다임을 가져 올 것”이라고 말했다.

한편 해당 연구결과는 지난 6월 20일 전기화학 분야의 국제 저명 학술지인 ‘일렉트로키미카 악타(Electrochimica Acta)’에 게재됐다.

김진호 기자