세계 최초 액침냉각 ESS 기술 개발…냉각 플루이드 활용해 화재 원천 차단
2030년 전 세계 선박용 ESS 시장 규모 76억달러…연평균 15.5% 성장
국내외 인증 획득·선박해양플랜트연구소 전기추진선 통해 실증 테스트 중
▲액침냉각 ESS 안전성 테스트 영상
한화에어로스페이스가 20년간 연구개발(R&D)을 통해 쌓은 노하우를 토대로 글로벌 선박용 에너지저장장치(ESS) 시장 진출을 가속화한다. 윤활유 전문기업 SK엔무브와 손잡고 세계 최초로 불타지 않는 제품도 만들었다.
10일 글로벌 시장 조사기관 마켓앤마켓에 따르면 전 세계 선박용 ESS 시장은 2021년 21억달러(약 3조원)에서 2030년 76억달러(10조원) 규모로 커질 전망이다. 연평균 성장률은 15.5%에 달한다. 한화에어로스페이스는 장보고 잠수함용 수십 메가와트급 제품을 만드는 등 국내 시장 점유율 1위다.
양사는 이날 서울 장교동 한화빌딩에서 '액침냉각 ESS 기술 설명회'를 열고 리튬이온배터리(LIB) 모듈에 냉각 플루이드를 채워 화재를 원천 차단할 수 있는 솔루션을 소개했다. 해양수산부 산하 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 전기추진선에서 실증 테스트도 진행되고 있다.
한화에어로스페이스는 강제 열폭주 실험 결과를 선보였다. 시연 영상에서는 냉각유에 담긴 배터리 내 6개의 셀에서 순차적으로 '펑'하는 소리와 함께 연기와 기포가 발생했으나, 이들 셀에 둘러쌓인 셀에 불이 옮겨붙지 않는 것을 볼 수 있었다.
추가적인 소화장치 없이도 불이 꺼진 것이다. 손승연 한화에어로스페이스 에너지시스템센터장은 파우치셀에 대해서도 유사한 실험을 진행했다고 설명했다.
외부 먼지·염분 등의 유입을 차단, 내부 손상으로 인한 화재 발생 가능성도 제거했다고 부연했다. 플루이드는 액체와 기체의 중간 성질을 지닌 물질로 모듈 내부에서 전기가 통하지 않게 하고, 열을 식혀주는 역할을 한다.
손 센터장은 “배터리의 경우 전해액의 인화점이 낮고, 양극에서 산소와 수소 등이 나온다"라며 “전압이 높으면 절연 파괴와 단락 리스크도 커지기 때문에 화재 예방 및 소화 솔루션이 필수적"이라고 발언했다.
특히 액침냉각 방식이 기존 공랭·수랭식 보다 액침 냉각하는 방식의 효율이 높고, 화재 예방 및 소화가 된다고 강조했다. 서상혁 SK엔무브 e-Fluids B2B 사업실장은 에어컨과 샤워 및 목욕탕 냉탕을 비유로 들었다.
손 센터장은 절연액 구입에 필요한 비용이 소요되지만, 수랭관을 비롯한 설비가 필요하지 않을 뿐더러 모듈러 방식을 채택한 덕분에 유연한 배치가 가능하다는 점도 언급했다.
그는 선박용 ESS 제조시 △셀 열 폭주 발생 요인의 원천적 차단 △셀 열폭주 전조증상 검출 통한 화재 발생 차단 △화재 발생시 랙 내 화재 완화 △화재 소화 및 리튬전지 랙간 화재 전이 차단을 위한 설계를 한다고 밝혔다.
한화에어로스페이스는 주요 모델(제품명: SEAL)이 노르셰베리타스(DNV)와 한국선급(KR)로부터 인증을 받았다. 향후 판매하는 제품 전량에 액침냉각 기술도 적용할 방침이다.
▲10일 한화빌딩에서 진행된 '액침냉각 ESS' 아카데미에서 서상혁 SK엔무브 e-Fluids B2B사업실장이 냉각 플루이드 기술을 소개하고 있다.
서 실장은 “열관리 플루이드 등을 신성장동력으로 삼고 기존에 축적한 노하우를 토대로 경쟁력을 강화하고 있다"며 “ESS 기술이 빛을 발할 수 있도록 노력 중"이라고 말했다.
이어 “품질 기유를 활용한 냉각 플루이드를 생산하고 있으며, 높은 산화안정성에 힘입어 수명도 늘릴 수 있다"며 “분자구조 설계·화학물질 합성 기술·반응 기작 분석·양산 최적화 기술도 접목했다"고 덧붙였다.
그는 기존 플루이드를 사용해 원통형 배터리 화재 실험을 해보니 4.6초만에 진화됐으나, 첨가제를 사용해 0.4초로 줄어든 실험 결과도 공개했다. 인공지능(AI) 데이터센터 보급 확대가 수요를 끌어올리는 중으로, 다양한 배터리 폼팩터에 대한 데이터 확보 등 상업화를 준비하고 있다는 점도 밝혔다.
서 실장은 액침냉각 플루이드는 △발화 억제 및 전이 차단 △물성 변화 억제와 냉각 성능 유지 △기기부품과 접촉시 열화 최소화 △누전 또는 요구 되지 않은 전기흐름 방지를 비롯한 성능을 충족시켜야 한다고 설명했다.
그는 냉각유 열 관리에 대한 질문에 “컨트롤하는 시스템이 있어야 한다"며 “교체 주기 등에 대한 매뉴얼 제작을 위해서는 추가적인 데이터가 필요하다"고 답변했다.
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