■전기차 배터리 화재의 열쇠 "알루미늄"

전기차 배터리 화재의 열쇠 '알루미늄'
입력2020.11.03. 오후 12:00 수정2020.11.03. 오후 12:02
황준호 기자

전극 소재의 열분해 메커니즘 규명
충전시 알루미늄 원소 부족해져 열안정성 떨어져
3세대 전기차용 안전한 소재 설계 발판

전기차용 양극소재로 널리 쓰이는 NCA (니켈, 코발트, 알루미늄)에서의 배터리 화재의 위험성을 줄여줄 수 있는 알루미늄 원소의 역할을 그린 예상도.

[아시아경제 황준호 기자] 최근 연이어 전기자동차의 배터리 화재 사고가 일어나고 있는 가운데, 배터리 화재의 원인을 밝힌 연구 결과가 나왔다. 연구진은 연구진은 양극 소재의 화학적 구성에 따른 열적 불안정성이 화재의 원인이 될 수 있으며 이를 조절하면 화재를 막을 수 있을 것으로 예상했다.

한국과학기술연구원의 장원영 에너지저장연구단 박사, 김승민 탄소융합소재연구센터 박사의 공동 연구팀은 배터리 양극 소재의 열 안정성을 평가할 수 있는 실시간 분석 플랫폼(분석기법)을 개발했다고 3일 밝혔다. 관련 연구 결과는 국제 학술지인 나노에너지에 최신호에 실릴 예정이다.

양극소재 구성 성분에 따라 화재 원인 발생
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실제 상한 충전상태에서의 NCA양극 소재의 화학 조성에 따른 열안정성 차이 원인 규명


연구팀은 전기 자동차용 하이-니켈계 양(+)극 소재의 미세한 화학조성의 변화에 따른 열분해 메커니즘의 변화를 규명했다. 연구팀은 전자에너지 분광분석법, 전자회절 분석법 등 투과전자현미경 분석기법으로, 온도의 상승에 따른 전극 구조의 결정구조, 구성 성분의 화학적 변화를 면밀히 살폈다. 이 결과, NCA(니켈·코발트·알루미늄) 양극 소재에서의 화학 조성에 따른 배터리 열적 안정성 저하 원인과 배터리의 안전성 확보를 위한 구성 원소의 역할을 규명했다.

연구팀은 NCA 양극 소재에서 니켈 비중을 높이면 배터리 용량이 커지지만 실제 상한 충전상태(총 리튬 이온의 67% 반응)에서 열 안정성이 크게 저하된다고 밝혔다. 다시 이를 분석해 보면 실제 산화/환원반응에 참여하지 않는 알루미늄 원소가 부족해 충전 과정 중 열 안정성을 저하시킬 수 있는 새로운 상(O1 Phase)을 형성하게 되는데, 이 새로운 상의 불안정한 표면 구조가 열 안정성 저하의 원인으로 작용한다고 분석했다.

배터리의 화재는 주로 충전된 산화물계 양극 소재와 발화성 액체 전해질의 격렬한 발열 반응에서 발생한다고 알려져 있는데, 이를 구체적으로 규명해낸 것이다.

미량의 원소 혼입해 고성능 양극소재 개발 가능

NCA 양극 소재에서의 니켈과 알루미늄의 교환으로 인한 전지성능과 열안정성과의 상충적 관계

장원영 박사는 "최근 전 세계적으로 잇따른 전기 자동차의 화재가 발생하고 있으며, 발화 원인이 배터리인 경우가 많았다. 이번 연구를 통해 고성능 양극 소재 개발에 있어서 열 안정성을 확보할 수 있는 화학조성 설계의 중요성을 확인했다"고 밝혔다.

김승민 박사는 "발열 반응의 시발점인 양극 소재 자체의 열적 안정성을 확보하는 것은 전기 자동차 대중적 보급에 매우 중요한 역할을 한다. 이번에 개발한 고도 분석기법(플랫폼)을 통해 향후에는 미량 원소의 혼입에 따른 영향을 파악해, 안정성이 확보된 고성능 양극소재를 개발할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편 배터리의 양극은 충전용량(주행거리)을 결정짓는 핵심적인 역할을 한다. 양극 소재는 니켈·코발트·알루미늄 또는 니켈·망간·코발트 등의 여러 성분을 적정 비율로 배합하여 제작한다. 최근 개발 중인 3세대 전기자동차용 양극 소재는 니켈 함량을 80% 이상으로 높이고 있어서, 이로 인한 안정성 저하를 필수적으로 개선해야 한다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr

베트남 타이응우엔에 위치한 알루코 공장은 면적이 53,000평으로 폭스바겐, 다임러벤츠 양산에 전기차용 배터리팩 하우징을 생산하고 있습니다.

알루코는 LG화학이 2020년부터 2031년까지 양산하는 폭스바겐그룹 전기차용 배터리 부품 배터리팩 하우징을 수주, 올해 6월부터 납품을 시작했고 2021년 추가계약도 추진중입니다.

그리고 SK이노베이션이 2020년부터 2027년까지 양산하는 다임러벤츠그룹과 포드자동차 전기차용 배터리팩 하우징 수주, 올해 하반기부터 본격 납품할 예정입니다.

배터리 팩 하우징은 전기차 배터리용 배터리의 셀을 보호하는 핵심 기술로 알루미늄 소재로 만들어집니다.

이외에도 알루코는 삼성SDI와 신제품 개발을 위한 샘플 테스트를 진행하는 것으로 알려져 국내 3사에 모두 배터리 팩 하우징을 공급할 가능성이 높아졌다는 평가를 받고 있습니다.
(출처 : 머니투데이 기사)

미래자동차로 불리우는 친환경차 전기차, 수소차의 핵심은 경량화이죠. 친환경차는 배터리 무게가 어마어마하기에 연비를 높이기 위해서는 경량화가 핵심이고 경량화의 핵심재질은 알루미늄입니다.

미국 테슬라는 대부분 알루미늄 재질이고 현대기아차 역시 대부분 알루미늄이죠. 친환경차는 알루미늄이 핵심이란 얘기죠.

그리고 최근 전기차 화재로 인해 화재예방 소재로 알루미늄이 떠오르고 있습니다.

알루미늄 배터리팩 하우징은 알루코가 최고의 기술을 가지고 있습니다.

문재인 그린뉴딜의 핵심은 수소차.전기차가 핵심이고요

미국 바이든 대선 후보의 핵심공약도 수소차.전기차 등 친환경차입니다.

철도레일이 깔리고 철도가 활보할때 미국 다우지수의 철도주식 12종목은 수백배씩 폭등하며 증시를 이끌었고

내연기관 자동차가 등장하며 자동차 주식들이 수백배씩 폭등했습니다.

2035년이 되면 내연기관차는 사라집니다.

이제는 친환경차의 시대가 오는것이죠

주식시장은 항상 선행하기에 미래를 내다보는 투자가 필요합니다.

문재인도 친환경차, 바이든도 친환경차를 외치고 있습니다.

알루코 수소차.전기차 등 친환경 미래차의 핵심인 경량화 및 화재예방 배터리 초특급수혜주입니다.

또한 태양광 모듈 프레임 및 거치대를 국내외 태양광업체에 공급하기에 신재생에너지 태양광 초특급 수혜주이기도 합니다. 베트남 한화 테크윈 공장, LG사이언스파크, 알루텍 논산공장, 광명이케아몰, 일본 도치기현이 대표적인 사례입니다.

자회사 현대 알루미늄은 500KW급 지붕형 태양광발전소를 설치하였고 산업용 분야 알루미늄 구조물 중심 태양광 발전 EPC사업(설계.구매.시공)을 진행중입니다. 

여의도 증권가를 발칵 뒤집을 메가톤급 초대박 광폭랠리의 수혜주로 떠오를 수 있습니다.

배트를 길게 잡고 장타를 날리세요.

잔파도에 연연하지 마십시요

작은물결이 모여 큰 물결을 이루고 그 큰물결에 매기가 몰리면 역동하는 쓰나미가 되는겨~!!!

로켓발사 초임박~!!! 알루코 초대박 광폭랠리 알루미늄 배터리달고 빛의 속도로 날아갈겨~!!!