한화-SK가 불 안 타는 'ESS' 만든 이유

"한화에어로스페이스가 배터리 사업을 한 지 벌써 8년째다. 2016년에 장보고3 배치2 잠수함에 들어가는 배터리팩 개발로 시작했다. 민수 선박용, 이후 도심항공교통(UAM)용 제품도 개발했다. 이런 특수 목적용 배터리팩은 화재 사고가 발생하면 인명피해로 이어진다. 안전성 측면에선 전세계에서 가장 높은 기술력을 가진다고 자부한다.”

손승현 한화에어로스페이스 에너지시스템연구센터장은 10일 한화에어로스페이스와 SK엔무브가 공동 개최한 ‘액침냉각 에너지저장장치(ESS) 기술’ 설명회에서 이같이 언급했다.

대량의 배터리가 투입되는 ESS는 에너지 보관이 필요한 다양한 영역에서 쓰인다. 그러나 그 특성상 화재가 발생하면 쉽게 진압이 어렵고, 대규모 피해로 이어지기 쉽다. 인화점이 낮고 에너지 규모가 크기 때문이다. 국내에서도 몇 년 전 전력용 ESS 사업이 한창 확대되다 화재 사고가 수시로 발생하면서 시장이 더 이상 커지지 못했다. 해외에서도 화재 발생 시 피해를 최소화하도록 비(非)도심 지역에 많이 설치되는 편이다.

한화에어로스페이스는 선박에 설치할 ESS에서 화재 문제를 원천 차단하기 위해 액침냉각 기술을 접목했다. 배터리 모듈에 냉각유를 채워 운영하는 식이다. 배터리 셀 하나가 발화돼도 타 셀로 전이되지 않아 화재가 예방된다. ESS 열기를 식히기 위해 공기나 물의 냉기를 간접적으로 전달하는 기존 공랭식, 소냉식과 달리 냉각유가 직접 배터리 열기를 식히는 방식이라 냉각 속도도 빠르다. 발열에 따른 배터리 성능 저하도 피할 수 있다. 이중 안전장치로 폭발을 방지하는 특수 밸브도 접목했다.

액침냉각 방식 특성상 외부 먼지나 염분 등이 유입될 가능성도 차단해 내구성도 강화된다. 기존 ESS라면 필요한 별도 냉각장치나 방폭 룸 등 부가 장치를 설치할 필요도 없다. 설치도 그만큼 편리해졌다.

손 센터장은 최근 유럽, 북미 등에서 배터리 접지가 많아지면 절연 파괴 확률이 커진다는 ‘커먼모드노이즈(common mode noise)’ 연구 결과도 언급하면서, 액침냉각이 이를 방지하는 측면에서도 효과적이라고 강조했다.

실제 배터리 셀 6개를 연속해 발화시켜도 내부 중간 셀로 전이되지 않는 것을 확인한 실험 결과도 소개했다.

손승현 한화에어로스페이스 에너지시스템연구센터장. (사진=한화에어로스페이스)

손승현 센터장은 “제품 로드맵을 보면 규격 시험을 통과할 수 있는 레벨 1, 여러 셀에서 화재가 발생해도 전이가 되지 않는 레벨 2까진 기술 인정을 받았다”며 “모든 배터리셀에서 화재가 발생한 상황에서도 안전한 레벨 3 기술은 내년 말까지 개발할 예정이고, 모두 액침냉각 기술이 적용된다”고 설명했다.

SK엔무브는 이날 액침냉각 핵심 소재 '냉각 플루이드'를 소개했다. 플루이드는 액체와 기체의 중간 성질을 지닌 물질로 모듈 내부에서 전기가 통하지 않게 하고, 열을 식혀주는 역할을 한다. 플루이드의 성능을 강화하는 첨가제인 컴포넌트도 기술 개발을 지속 중이다.

SK엔무브는 지난 2022년부터 냉각 플루이드를 육상에서도 사용할 수 있는 기술을 개발해 향후 화재에 취약한 데이터센터와 전기차 등에 적용할 예정이다. 데이터센터의 경우 냉각 플루이드 활용 시 에너지 사용량이 30% 절감되는 것을 확인했다. 그 외 계열사 SK시그넷의 전기차 충전기에도 이를 공급하고 있다.

서상혁 SK엔무브 e-플루이드 B2B 사업실장은 “SK엔무브의 고급기유 기술을 기반으로 첨가제를 활용해 화재 예방 성능을 극대화하는 기술을 개발하겠다”고 말했다.