인하공전 이선우 교수 연구팀, 탄소나노튜브 금속합금 복합체 개발

ESS, EV 분야에 활용되는 이차전지의 안전성, 획기적 개선 기대

인하공업전문대학의 이선우 교수는 서울대학교 전력연구소의 임영택 박사, 김은민 박사의 공동연구로 나노소재인 탄소나노튜브를 이용해 온도변화에도 저항값이 변하지 않는 저항체를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

이는 에너지저장장치(ESS)나 전기자동차(EV)에 사용되는 배터리에서 전류를 검출하여 충전과 방전을 제어하는 배터리관리시스템의 핵심소자인 션트저항의 온도변화에 의한 저항값의 변화를 억제하여 배터리의 오동작에 의한 사고를 방지할 수 있는 기술이다.

기존의 션트저항은 사용온도가 증가함에 따라 저항값이 증가하기 때문에, 전류 검출 시에 오차를 발생시켜 배터리 셀 간의 밸런싱 오류를 야기하여 화재나 폭발사고 등의 문제를 일으키는 원인 중의 하나라고 지적되어 왔다.

이러한 문제를 해결하기 위해 기존 연구자들은 온도변화에 의한 저항값의 변화를 줄이기 위해 합금을 사용하거나 오차에 대한 보상회로를 사용하는 등의 방법을 사용해 왔으나, 이러한 방법으로도 전류의 검출 오차를 완전히 제거하지는 못했다.

연구팀 김은민 박사는 "온도가 증가하면 저항값이 커지는 금속과, 온도가 증가하면 저항값이 작아지는 탄소나노튜브를 이용한 하이브리드 형태의 저항체 제작을 완료했다"며 "배터리 셀 오류에 의한 각종 전기 안전사고를 방지하는데 기여할 수 있을 것"이라 강조했다.

탄소나노튜브는 차세대 반도체 물질로 높은 기계적강도와 큰 전기전도도로 전기전자 소자로의 활용이 기대되고 있는 소재로, 낮은 저항값을 가짐과 동시에 반도체 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 따라서 탄소나노튜브는 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 특징을 갖게 된다.

연구팀은 이번 연구에서 탄소나노튜브의 이러한 특성을 활용하여 온도 증가로 발생하는 금속 저항 증가분을 상쇄시킴으로써, 온도가 변해도 저항값이 변하지 않는 안정적인 저항체를 개발, 앞으로 ESS나 EV의 안전성 확보에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 내다봤다.

이번 연구 결과는 Nature 자매지인 Scientific Reports에 5월 23일에 온라인 게재되었다 (Near-zero temperature coefficient of resistance of hybrid resistor fabricated with carbon nanotube and metal alloy, 교신저자: 임영택 박사). 이번 연구 성과는 한국전력 전력연구원의 기초연구개발사업의 지원으로 수행되었다.

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