켄텍, ‘튜브형 배터리’ 개발…전기차 배터리 대형화 한계 넘는다

켄텍, ‘튜브형 배터리’ 개발…전기차 배터리 대형화 한계 넘는다

46㎜ 대형 셀 발열 문제 근본적 해결…수명 유지율 15.5%p 향상

10분 급속충전 기준 kWh당 2.9달러 원가 절감 효과 기대

2026년 07월 30일(목) 17:10

송주현 켄텍 에너지공학부 교수<켄텍 제공>

한국에너지공과대학교(켄텍)는 “송주현 켄텍 에너지공학부 교수 연구팀이 대형 원통형 배터리의 발열 문제를 개선한 급속충전용 배터리를 개발했다”고 30일 밝혔다.

새롭게 개발된 급속충전용 배터리는 ‘튜브형 배터리’로, 셀 중심부에 냉각 채널을 더해 충전 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있도록 설계됐다.

튜브형 배터리를 적용하면 배터리 대형화 및 급속충전 효율성을 대폭 높일 수 있을 것으로 전망된다. 최근 전기차 배터리 시장에서는 셀의 대형화에 관심을 기울이고 있다. 대형 셀은 비활성 부품의 부피와 비용 비중을 비교적 줄여 에너지 밀도를 높이고 생산 단가를 낮출 수 있어 확대 적용되고 있다. 특히 원통형 배터리는 기존 18650(지름 18㎜, 높이 65㎜) 크기에서 4860(지름 46㎜, 높이 80㎜) 크기까지 점차 대형화되며 시장에서 큰 비중을 차지하고 있다. 하지만 원통형 배터리는 대형화될수록 셀의 지름이 커지면서 급속충전 시 발생한 열이 방출되지 못하고 내부에 누적되는 한계를 지녔다.

이번에 개발된 튜브형 배터리는 배터리 중앙 공간에 냉각수가 직접 흐르는 채널을 배치해 열 전달 거리를 기존의 절반으로 줄였다. 셀 내부와 외부 양방향에서 열을 효과적으로 배출시킬 수 있도록 설계한 것이다.

그 결과 46㎜ 구경 셀 기준 급속충전 시 기존 원통형 배터리는 최고 온도 58.1도, 튜브형 배터리는 44.5도로 최고온도를 13.6도나 낮추는 냉각 효과를 얻었다. 또 5%에서 95%까지 충전하는 데 걸리는 시간도 기존 12.4분에서 9.6분으로 대폭 줄였다.

배터리 수명과 내구성, 경제성 측면에서도 성과를 냈다. 500사이클 장기 수명 평가 시 용량 유지율이 기존 원통형 배터리 76%보다 15.5%포인트(p) 높은 91.5%를 기록했고, 성능 저하 없이 셀의 구경을 더욱 대형화할 수 있게 돼 10분 급속충전 기준 kWh(킬로와트시) 당 2.9달러 수준의 생산 원가 절감 효과를 거둘 수 있을 것으로 분석됐다.

송주현 켄텍 에너지공학부 교수는“이번 연구는 지난 30년간 변하지 않았던 배터리 폼팩터를 새롭게 제안함으로써 대형 원통형 배터리가 가진 물리적 발열 한계를 근본적으로 극복해 낸 사례”라며 “원통형 배터리가 대형 셀 시대로 진화하는 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 셀프레스가 발행하는 국제 학술지 ‘디바이스(Device)’에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 연구재단 및 산업기술평가관리원의 지원을 받아 수행됐다.

/장윤영 기자