이전 포스팅1에서 배터리가 폭발하게 되는 이유와 이를 막기 위한 해결 방안에 대해 정리해보았습니다. 그 중 방염 소재 기술은 UN Global Technology Regulation을 중심으로 각국에 법제화2되고 있는 ‘화재 지연’을 위한 핵심 기술입니다. 그래서 이번 포스팅에서는 방염 소재에 대해 자세히 살펴봅니다. 궁극적으로 배터리에 특화된 방염 소재가 요구하는 성능과 이를 만족하기 위한 소재 후보군에는 어떤 것이 있는지 분석합니다.
방염소재 Review
‘방염’은 한문 그대로 번역하자면 ‘화염을 막는다’는 뜻입니다. 즉, 방염소재는 특정 지점에서 불이 났을 때, 그 불이 다른 곳으로 옮겨가지 않도록 막는 역할을 합니다.
불이 붙는 것을 ‘연소’한다고 합니다. ‘연소’를 위해서는 열, 산소, 탈 것(예를 들면 석유)이 필요합니다.
‘연소’의 전파를 막기 위해서는 결국 아래와 같은 방법을 생각해볼 수 있습니다:
① 열이 빠져나가지 못하게 막는 것
② 주변의 산소를 모두 제거하는 것③ 불에 잘 붙지 않는 소재들로 시스템을 구성하는 것
배터리 시스템 안에서 방염소재는 ① 열이 빠져나가지 못하게 막는 역할과 동시에 ③ 불에 잘 붙지 않는 소재들로 시스템을 구성하는 역할을 담당합니다. 자체적으로 불에 잘 붙지 않는 소재를 방염 소재로 활용합니다.
기존에도 건축 자재 등에 방염소재가 쓰이곤 했으나 대부분 ③번 역할에 치중했고, 무겁고 부피가 크기 때문에 배터리 시스템에 활용되기는 어렵습니다. 따라서, 배터리용 방염소재로 쓰이기 위해서는 기존에 활용되던 소재에서 큰 발전이 있거나 완전히 새로운 소재가 개발되어야 할 것으로 보입니다.
전기차 배터리에서 방염 소재가 쓰이는 곳
배터리 시스템에서 방염소재가 쓰이는 곳은 아래 그림과 같이 크게 두 곳입니다:
Cell-to-Cell: 하나의 Cell에서 발생한 불이 옆 Cell로 퍼지지 않도록 막는 역할
Module/Pack Level: 수많은 Cell을 모아 놓은 Module, 여러 개의 Module을 모아 놓은 Pack의 케이스에 방염소재를 부착해 시스템 바깥으로 불이 퍼지지 않도록 막는 역할
소재의 면적을 고려할 때, Cell-to-Cell에 필요한 방염소재의 양이 Module/Pack Level에 필요한 양과 비교해 훨씬 많습니다. 특히나 Cell-to-Cell 방염소재는 이전 전기차 배터리에서는 중요하게 활용되지 않았기 때문에, 규제 환경의 변화에 따라 폭발적인 시장 성장이 기대됩니다.
한 가지 더 중요한 점은 Cell-to-Cell 방염소재로 활용되기 위한 requirement가 더 까다롭다는 점입니다. 개발 난이도가 높은 반면 시장의 규모가 크다. 개발에 성공한 기업에 엄청난 투자 기회가 있음을 의미합니다.
다음 섹션에서는 방열 소재가 갖추어야 할 기술적 spec에 대해 이야기합니다.
배터리용 방염소재가 갖추어야 할 핵심 조건들
여기서 붉은 색으로 강조한 ‘뛰어난 탄성’이 Cell-to-Cell 방염소재가 꼭 가져야 하는 특성입니다. 이론적 난이도는 정확히 가늠하기 어려우나, 지금까지 다른 응용
분야의 방염소재에서 ‘전혀 고려하지 않던 특성’입니다.나머지 특성을 가지고 있지만 ‘뛰어난 탄성’이 없는 소재는 Module/Pack에 활용할 수 있습니다.
아래 표에서는 방염소재로 활용될 수 있는 후보 소재들이 위 조건들에 대해 어느 정도의 성능을 가지는지 정리합니다.
부가 가치가 높은 Cell-to-Cell 방염소재로 활용될 수 있는 소재는 세라믹 제지, 에어로젤로 압축됩니다.
다음 포스팅에서는 소재에 대해 좀 더 자세히 설명하고, 각각을 개발하고 있는 기업들의 현황을 살펴보겠습니다.
Conclusion
배터리 방염 소재, 특히 Cell-to-Cell 시장에서 앞으로 유의미한 투자 기회가 있을 것으로 판단됨.
Cell-to-Cell 소재가 가져야 할 가장 독특한 특성은 ‘뛰어난 탄성’.
이를 만족할 수 있는 소재는 세라믹 제지, 에어로젤로 압축됨.
다음 포스팅에서는 소재의 특성, 제조 과정 등을 좀 더 면밀히 살펴보고 이를 개발하고 있는 기업에 대해 소개하고자 함.
Industry | 배터리 열 관리 시스템 (2) 배터리 폭발의 이유, WAGU Research
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