- 이재준 교수 연구책임, 7개 기관 참여…5년간 총 71억 원 투입 2030년까지 상용화 기반 마련

- 전기차 배터리 안전성 강화 위한 초고내열·경량 복합소재 개발 추진

- 도심항공모빌리티·우주항공까지 확장 가능한 차세대 배터리 방호 원천기술 확보 기대

이재준 교수

최근 전기차 배터리 화재로 인한 사회적 우려가 큰 가운데, 부산대학교가 불에 닿으면 타지 않고 스스로 세라믹으로 바뀌는 차세대 복합소재 개발에 나서 배터리 화재 확산 차단 기술의 새 지평을 열 전망이다.

부산대학교(총장 최재원)는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 「나노·소재기술개발사업(글로벌공급망첨단소재기술개발)」에 선정돼, 배터리 열폭주 확산을 원천 차단하는 혁신 복합소재 개발에 본격 착수한다고 21일 밝혔다.

이번에 선정된 과제는 ‘배터리 열폭주 확산 차단용 자가-세라믹화(Self-Ceramicizing) 기반 열-기계 복합 방호 연속섬유 복합소재 개발’로, 부산대 응용화학공학부 고분자공학과 이재준 교수가 총괄 연구책임을 맡아 한국과학기술연구원(KIST), 중앙대학교, 서강대학교, SJ신소재, MADDE, LX하우시스 등 산학연 기관이 공동으로 참여한다. 연구기간은 2026년 4월부터 2030년 12월까지 약 4년 9개월이며, 총 71억 원 규모의 연구비가 투입된다.

최근 전기차(EV) 시장 확대와 함께 고에너지밀도 배터리 적용이 늘어나면서, 배터리 열폭주에 대한 사회적 우려도 커지고 있다. 특히 열폭주 발생 시 국부 화염 온도가 1,500℃ 이상에 이를 수 있어 차량과 탑승자의 안전을 지키기 위한 배터리팩 케이스의 내열·차열 성능이 핵심 안전 요소로 떠오르고 있다.

하지만 기존 알루미늄 기반 구조재나 일반 유기계 복합소재는 초고온 환경에서 구조적 건전성을 유지하는 데 한계가 있다. 반대로 철강 및 내열 합금 소재는 높은 밀도로 인해 차량 중량을 증가시켜 전기차의 연비를 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.

부산대 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘자가-세라믹화 복합소재’라는 새로운 해법을 제시했다. 이 소재는 평상시에는 경량 고분자 복합소재의 장점을 유지하면서도, 초고온 화염에 노출되면 스스로 고내열 세라믹 구조로 전환되는 것이 특징이다. 고온에서 치밀한 세라믹층과 다공성 단열 구조를 동시에 형성해 열전달과 산소 확산을 억제하고, 내부 연속섬유 구조를 보호함으로써 배터리 열폭주의 확산을 지연·차단하는 것이 핵심 원리다.

특히, 이번 과제는 단순 난연 소재 개발에 그치지 않고, △자가-세라믹화 전구체 설계 △실리콘카바이드(SiC) 기반 고내열 구조 형성 △하이브리드 연속섬유 복합재 제조 △반응적 멀티스케일 인실리코 해석 및 AI 기반 역설계 플랫폼 구축 △실제 배터리 열폭주 모사 실증까지 포함하는 통합형 연구라는 점에서 차별성을 가진다.

연구팀은 고온 안정성, 기계적 강도, 경량성을 동시에 만족하는 차세대 배터리 안전소재 개발을 추진해, 최종적으로 1,500℃ 화염 환경에서 30분 이상 구조 안정성을 유지하고, 화염 반대면 온도를 150℃ 이하로 제어하면서도 400MPa 이상의 인장강도와 초경량 특성을 동시에 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

기술의 활용 범위도 넓다. 이번 자가-세라믹화 복합소재는 전기차뿐 아니라 에너지저장장치(ESS), 도심항공모빌리티(UAM), 철도, 선박, 우주·항공 등 극한 환경에서 고에너지 배터리를 사용하는 다양한 산업으로 확장될 가능성이 크다. 경량성과 초고온 안정성을 동시에 확보할 수 있어 미래 항공모빌리티와 우주항공용 초고온 구조 부품 분야에서도 핵심 원천기술로 활용될 전망이다.

연구책임자인 부산대 이재준 교수는 “배터리 열폭주 문제는 단순 난연 기술만으로 해결하기 어려운 차세대 에너지 시스템의 핵심 안전 과제”라며 “이번 연구를 통해 초고온 환경에서도 구조 안정성을 유지할 수 있는 자가-세라믹화 복합소재 원천기술을 확보하고, 미래 모빌리티 및 우주항공 분야까지 확장 가능한 글로벌 수준의 플랫폼 기술로 발전시키겠다”고 밝혔다.

부산대는 이번 연구를 계기로 배터리 안전 분야의 글로벌 원천기술 확보는 물론, 소재·부품·완성차로 이어지는 국내 산업 생태계와 연계해 조기 사업화와 기술 이전도 적극 추진할 계획이다. 이번 사업이 차세대 배터리 안전기술 경쟁력을 높이고, 미래 모빌리티 산업 전반의 안전성과 기술 자립도를 끌어올리는 계기가 될 것으로 기대된다.