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| 제목 : 송주현 켄텍 교수, 급속 충전 가로막던 배터리 발열 한계 풀어
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| 2026년 07월 30일 13:42 나주(전남광주)=나요� 기자 |
| 송주현 켄텍 교수, 급속 충전 가로막던 배터리 발열 한계 풀어 |
 한국에너지공과대학교(이하'켄텍')는 송주현 에너지공학부 교수 연구팀이 대형 원통형 배터리 발열 문제를 개선한 급속 충전용 배터리를 개발했다고 30일 밝혔다.
새로 개발한 '튜브형 배터리'(Tubular Form Factor Battery)는 셀 중심부에 냉각 채널을 통합해 충전 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있도록 설계됐다.
최근 전기차 배터리 시장의 가장 큰 흐름은 셀의 대형화다. 특히 원통형 배터리는 이전의 1170(지름 18㎜, 높이 65㎜) 크기에서 테슬라를 선두로 2170(지름 21㎜, 높이 70㎜), 나아가 4680(지름 46㎜, 높이 80㎜) 크기까지 대형화되며 시장에서 큰 비중을 차지하고 있다.
그러나 원통형 배터리는 대형화될수록 셀의 지름이 커지면서 급속 충전 시 발생한 열이 외부로 방출되지 못하고 셀 내부에 누적되는 한계가 있다. 내부 온도가 40~50℃를 넘어서면 소재 열화가 가속화되고 안전성 문제로 이어질 수 있다. 이 때문에 기존 대형 원통형 배터리(4680 이상)는 열 관리 한계로 급속 충전 속도를 높이는 데 제약이 따랐고 빠른 충전을 위해선 셀 크기를 제한해야 했다.
연구팀이 개발한 튜브형 배터리는 그동안 사용되지 않던 원통형 배터리의 중앙 공간에 냉각수가 직접 흐르는 채널을 배치했다. 이를 통해 열전달 거리를 기존의 절반 수준으로 줄여 셀 내부와 외부 양방향에서 열을 효과적으로 배출시킬 수 있게 했다.
연구 결과 46㎜ 구경 셀 기준 6C 급속 충전 시 기존 원통형 배터리는 최고 온도가 58.1℃까지 상승한 반면, 튜브형 배터리는 44.5℃로 13.6℃나 낮추는 획기적인 냉각 효과가 나타났다. 또한 5%에서 95%까지 충전하는 데 걸리는 시간도 기존 12.4분에서 9.6분으로 단축됐다.
수명과 내구성 면에서도 성능 개선이 확인됐다. 급속 충전 조건에서 내부 열화 반응이 억제되면서 500사이클 장기 수명 평가 시 용량 유지율(Capacity Retention)이 기존 원통형 배터리 76%보다 15.5%p 높은 91.5%를 기록했다.
경제성 측면에서도 의미 있는 결과가 나왔다. 연구팀은 10분 급속충전 조건 기준 kWh당 약 2.9달러의 생산 원가 절감 효과를 거둘 수 있다고 분석했다. 기존 원통형 배터리의 대량 생산 공정과 팩 구성 설비를 대부분 그대로 활용해 산업 현장 적용 가능성도 높은 것으로 평가했다.
송 교수는 "이번 연구는 지난 30년간 변하지 않았던 배터리 폼팩터를 새롭게 제안함으로써 대형 원통형 배터리가 가진 물리적 발열 한계를 근본적으로 극복해 낸 사례다"며 "원통형 배터리가 대형 셀 시대로 진화하는 중요한 전환점이 될 것이다"고 말했다.
연구 결과는 셀프레스(Cell Press)가 발행하는 국제 학술지 '디바이스(Device)'에 게재됐다. 연구는 과기부 재원으로 연구재단 및 산업기술평가관리원의 지원을 받아 수행됐다.
나주(전남광주)=나요안 기자 lima68@mt.co.kr
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