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[IT뉴스]전기차 배터리 화재 줄어들까…80℃ 도달 전 ‘색변화’로 경고

온카뱅크관리자

2025-09-24 10:57:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> GIST-KAIST, 나노광학 온도 시각화 센서 개발 80도 이하 배터리 온도를 1초 이내 감지해 알려 
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 <img alt="연구팀이 개발한 나노광학 온도 시각화 센서. GIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105348966ohjr.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="YscgoRMUCT" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105348966ohjr.jpg" width="658">
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 연구팀이 개발한 나노광학 온도 시각화 센서. GIST 제공.
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 전기차 배터리 내부 이상 징후를 조기에 포착해 화재나 폭발 등의 중대사고를 예방할 수 있는 센서 기술이 나왔다. 광주과학기술원(GIST)은 정현호 전기전자컴퓨터공학과 교수와 송영민 KAIST 전기 및 전자공학부 교수 연구팀이 공동으로 내부 온도가 위험 수준에 도달하기 전인 80도 이하에서 열폭주 위험을 실시간으로 감지해 사용자에게 시각적으로 알려주는 ‘나노광학 온도센서’를 개발했다고 24일 밝혔다. 최근 배터리 내부 온도 상승에 따른 열폭주로 화재, 폭발 사고가 잇따르며 안전 문제가 불거지고 있다. 배터리 내부 온도가 80도를 넘으면 전해질, 분리막 등 내부 주요 구성 요소가 손상되기 시작하고, 1분 이내에 500도 이상으로 급격히 온도가 치솟을 수 있다. 이 때문에 배터리 온도를 조기에 감지하고 위험을 사전에 경고할 수 있는 기술 개발이 시급하다. 기존 온도 센서는 접촉한 부분만 측정할 수 있어 전체 온도 분포를 파악하기 어렵고, 적외선 카메라는 표면 재질에 따라 측정 정확도가 떨어지는 한계가 있다. 열변색 물질을 활용한 기존 기술은 반응 속도가 느려 실시간 감지에는 적합하지 않다. 연구팀은 단원소 물질인 ‘텔루륨’의 특이한 광변조 특성에 주목해 10나노미터 두께의 텔루륨 초박막을 활용해 열변색 나노광소자를 개발했다. 텔루륨은 상온에서 80도로 온도가 상승할 때 고체 상태에서 준액체(고체와 액체 중간 상태) 상태로 부분적으로 녹는다. 또한 가시광 영역에서 굴절률이 0.7 이상 변화하는 우수한 광변조 특성을 지녀 1억분의 1초 단위로 초고속 온도 감지가 가능하다. 
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 <img alt="연구팀이 제작한 나노광소자의 온도 감지 성능. GIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105350208exii.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="BGAde841yj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105350208exii.jpg" width="658">
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 연구팀이 제작한 나노광소자의 온도 감지 성능. GIST 제공.
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 연구팀은 알루미늄 기반 배터리 표면 위에 10나노미터 두께의 매우 얇은 텔루륨층을 증착하고, 그 위에 수십 나노미터 두께의 유리(SiO2) 보호층을 적층해 온도에 따라 반사색이 변하는 가이레스-토어노이스 공진기를 제작했다. 이 공진기는 80도 이하의 비교적 낮은 온도에서도 텔루륨의 고체-준액체 상변화에 의한 광특성 변화를 극대화하며, 유리 보호층을 통해 외부 환경으로부터 텔루륨의 손상을 방지할 수 있다. 복잡한 회로나 별도의 외부 전원 없이 작동하고, 특정 온도에 도달하면 색이 변했다가 다시 상온으로 냉각되면 원래 색으로 되돌아가는 가역적 특성도 갖고 있다. 연구팀이 제작한 나노광소자는 25∼80도까지 온도 변화를 색깔로 정밀하게 구분할 수 있으며, 17밀리초(㎳) 단위의 빠른 동영상 프레임 간격으로 배터리 표면의 온도 분포와 열 확산 과정을 실시간으로 시각화한다. 내구성도 갖춰 수십 번의 가열-냉각 사이클과 주변 습도 변화에도 안정적으로 온도를 감지하며, 9개월 이후에도 열변색 특성이 유지된다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 나노광소자를 상용 18650 배터리와 스마트폰에 적용해 충전 및 방전 시 발생하는 발열을 실시간으로 모니터링하는 데 성공해 활용 가능성을 입증했다. 정현호 GIST 교수는 “텔루륨의 광변조 특성을 나노포토닉스 기술과 결합해 배터리 폭발 위험을 조기에 경고할 수 있는 원천기술을 확보했다”며 “향후 전기차, 항공, 우주, 소방, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 활용될 것”이라고 말했다. 송영민 KAIST 교수는 “최근 국내외에서 배터리 화재 사고가 잇따르면서 안전성 확보가 중요해졌다”며 “이번 기술이 차세대 배터리 안전을 위한 새로운 패러다임을 제시하고 사회 문제 해결에 기여할 것으로 기대한다”고 평가했다. 이 연구결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 지난 7월 23일 온라인에 실렸다. 
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 <img alt="송영민(앞줄 왼쪽) KAIST 교수, 정현호(앞줄 오른쪽) GIST 교수 공동연구팀. GIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105351522pavm.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="xmgxQ29HyM" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/24/dt/20250924105351522pavm.jpg" width="658">
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 송영민(앞줄 왼쪽) KAIST 교수, 정현호(앞줄 오른쪽) GIST 교수 공동연구팀. GIST 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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