인하대학교는 김홍근 기계공학과 교수 연구팀이 리튬이온전지(LIB)의 충전 시간을 최대 20% 단축할 수 있는 충전 프로토콜을 제시했다고 17일 밝혔다.
연구팀은 급속충전 과정에서 발생하는 리튬 석출(Li-plating) 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄다. 리튬 석출은 음극 표면에 리튬 금속이 달라붙는 현상으로, 전지 수명 저하와 함께 화재·폭발로 이어질 수 있는 주요 원인으로 꼽힌다.
이를 위해 연구팀은 전기화학-열 모델에 베이지안 최적화(BO)를 결합하고, 전압 상한·온도 상한·리튬 석출 전위 한계 등을 제약 조건으로 반영했다. 특히 충전 상태(SOC)를 0~40%, 40~80%로 나눠 각각 최적화하는 바이섹션(BS-BO-MCC) 전략을 적용해 기존 단일 구간 방식보다 충전 시간을 최대 11% 더 단축했다.
실험은 상용 55.6Ah 파우치셀을 활용해 진행됐으며, 모델과 실제 측정 결과가 높은 수준의 일치를 보였다. 전 구간에서 리튬 석출 안전 마진을 확보하면서도 급속충전을 구현했고, 표준 CCCV 충전 대비 계면막 성장과 리튬 침적이 현저히 줄어든 사실을 전자현미경·X선 광전자 분광법으로 확인했다.
또한 예열 조건을 병행한 시험에서 연구팀 프로토콜은 629초 만에 SOC 0%에서 80%에 도달해, 미국 자동차 배터리 컨소시엄이 제시한 ‘15분 이내 80% 충전’ 목표를 충족했다.
이번 연구 성과는 엘스비어(Elsevier) 발간 국제학술지 eTransportation(IF 17.0, 상위 0.6%) 최근호에 게재됐다.
김홍근 인하대 교수는 “신소재 개발 없이도 물리 모델과 데이터 기반 최적화를 결합하면 속도·수명·안전을 동시에 개선할 수 있음을 대형 셀에서 검증했다”며 “향후 실시간 진단·적응형 제어로 확대해 현장 적용을 앞당기겠다”고 말했다.
헬로티 이창현 기자 |
