고압축성 스펀지 센서로 폭발 1,357초 전 감지…온도 센서 대비 약 21배 빠른 조기 탐지 성능 구현
한양대학교 기계공학부 소홍윤 교수 연구팀이 개발한 ‘스웰링 센서 기반 배터리 모듈 열폭주 조기 탐지 시스템’이 2025년 대한민국 올해의 10대 기계기술에 선정됐다고 연구팀이 24일 밝혔다.
해당 기술은 리튬이온 배터리에서 열폭주 직전 발생하는 팽창 현상을 고감도로 포착해 기존 센서보다 훨씬 빠르게 위험 신호를 탐지한다.
최근 전기차와 에너지저장장치(ESS) 등 배터리 기반 시스템에서 화재 사고가 빈발하면서 조기 진단 기술의 중요성이 커졌다.
연구팀은 열폭주 직전 배터리 내부에서 먼저 발생하는 ‘스웰링(swelling)’을 정밀하게 측정하는 데 주목해, 고압축성 스펀지 구조의 피에조저항(압전형) 센서를 설계·제작했다. 이 센서는 대용량 모듈에 직접 부착해 팽창을 감지할 수 있도록 최적화됐다.
실증 결과, 연구팀의 시스템은 폭발 발생 약 1,357초 전(약 23분 전)에 위험 징후를 포착해 기존 온도 기반 센서보다 약 21배 빠른 조기 탐지 성능을 보였다.
소홍윤 교수는 “상용 기술을 뛰어넘는 조기 진단 성능을 확보했다”며 “전기차뿐 아니라 ESS·드론·항공기 등 다양한 배터리 기반 플랫폼의 안전성을 높이는 데 기여할 것”이라고 말했다.
나아가 연구팀은 궁극적으로 배터리 화재를 근본적으로 차단하는 ‘제로 파이어(zero-fire)’ 플랫폼 구축을 목표로 제시했다.
이번 연구는 산업통상자원부, 한국연구재단, 현대자동차의 지원을 받았고, 현대자동차 버추얼이노베이션 리서치랩 소속 연구진(한용하 연구위원 등)과의 공동연구 성과로 개발됐다.
연구 결과는 국제 저명학술지 eTransportation(Impact Factor 17.0)을 비롯해 ACS Applied Materials & Interfaces, Advanced Intelligent Systems, ACS Applied Electronic Materials 등에 게재됐으며, 국내외 특허 출원도 진행되어 기술 우수성과 상용화 가능성을 뒷받침했다.
이번 기술은 열·전류 기반 감지 한계를 보완해 폭넓은 배터리 안전관리 체계에 통합될 경우 사고 예방 측면에서 큰 파급력이 예상된다.
상용화를 위해서는 장기 신뢰성 검증, 다양한 모듈 형상·운영 환경에서의 적용성 확인, 센서 생산·부착 공정의 비용 최적화 등이 후속 과제로 남아 있다. 연구진은 산업계와 협력해 파일럿 적용 및 표준화 작업을 추진할 계획이라고 밝혔다.