▲ 소방관이 인천시 강화군 하점면 신봉리 이강교차로 주변 도로에서 불이 난 전기차를 진압하고 있다.     ©인천소방본부 제공

[FPN 최누리 기자] = 국내 연구진이 전기차 배터리 화재의 주요 원인으로 지목된 고체전해질계면층(SEI)의 분해 메커니즘을 정밀하게 규명하는 데 성공했다.

연세대학교는 홍종섭 기계공학과 교수 연구팀이 SEI 분해 메커니즘을 규명하고 연구 결과를 최근 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 발표했다고 지난달 30일 밝혔다.

전기차 배터리의 핵심 보호막인 SEI는 리튬이온 이동 과정에서 전극 표면에 자연스럽게 형성되는 얇은 층으로 전지 수명과 안전성에 결정적인 역할을 한다. 그러나 이 SEI 내부 물질의 고온 분해 반응 경로는 지금까지 명확히 밝혀지지 않았다.

리튬에틸렌모노카보네이트(LEMC)에 주목한 연구팀은 고순도 LEMC 시료를 직접 합성한 뒤 이를 활용해 열분해 반응을 정량적으로 분석하고 다양한 고급 분석기법과 분자동역학 시뮬레이션을 결합, 실제 반응 경로를 추적했다.

그 결과 약 110°C 전후에서 시작되는 초기 분해 반응이 다량의 열과 가연성 가스를 발생시키며 결국 열폭주 현상의 단초가 될 수 있음을 과학적으로 입증했다.

실험 결과 LEMC는 약 150°C에서 LiCO₃H와 에틸렌글리콜로 분해되고 이어 약 220°C 부근에서는 LiCO₃H가 무기 화합물인 Li₂CO₃로 전환된다. 이 과정에서 이산화탄소와 에틸렌옥사이드 등 다량의 가연성 가스가 방출된다. 이는 전지 내부 온도 상승과 압력 증가를 유발해 화재 위험을 높이는 핵심 요인으로 작용하는 것으로 분석됐다.

연구를 이끈 홍종섭 교수는 “열폭주는 단순히 고온에서 일어나는 현상이 아니라 SEI 내부의 특정 유기물 분해에서 시작되는 매우 정교한 반응 과정임을 과학적으로 규명한 것”이라며 “이번 연구가 차세대 전지 설계와 안전성 향상에 중요한 토대가 되길 기대한다”고 말했다.

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr 

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