배터리 화재 걱정 뚝…한화에어로·SK엔무브, ‘불타지 않는 ESS’ 개발 성공

한화에어로스페이스, SK엔무브와 선박용 액침냉각 ESS 개발

선박용 ESS 시장 2030년 10조원…연평균 15.5% 성장 전망

“배터리 셀은 성능, 팩이 안전성 등 화재 소화 부문 담당해야”

손승현 한화에어로스페이스 에너지시스템센터장이 한화에어로스페이스와 SK엔무브가 서울 중구 한화빌딩에서 10일 진행한 '액침냉각 ESS 기술 설명회'에서 액침냉각 ESS 기술에 대해 설명하고 있다. ⓒ한화에어로스페이스

한화에어로스페이스와 SK엔무브가 배터리 화재에 대한 우려 불식에 나섰다. 양사는 세계 최초로 불타지 않는 ‘액침냉각 에너지저장장치(ESS)’ 개발을 통해 친환경 선박 ESS 시장을 공략하겠다는 전략을 내세웠다.

송승현 한화에어로스페이스 에너지시스템 연구센터장은 10일 서울 중구 한화빌딩에서 열린 ‘액침형 ESS 설명 아카데미’에서 자사의 액침냉각 ESS 기술에 대해 “안전성 측면에서 전 세계에서도 가장 높은 기술력을 가지고 있다고 자부한다”고 밝혔다.

앞서 한화에어로스페이스와 SK엔무브는 지난해 10월 업계 최초로 선박용 ESS 액침냉각 사업 확대를 위한 업무협약(MOU)를 체결한 바 있다. 이 MOU에 따라 SK엔무브는 고품질 윤활기유를 활용한 액침냉각 시스템 전용 플루이드를, 한화에어로스페이스는 리튬전지체계 기술을 바탕으로 선박용 ESS 시스템을 맡아 기술개발에 나섰다.

한화에어로스페이스는 선박용 ESS 개발을 통해 ‘친환경 해양 솔루션 리더’로 거듭나겠다는 목표를 내걸었다. 글로벌 시장 조사기관인 마켓앤드마켓에 따르면 전 세계 선박용 ESS 시장은 2021년 약 21억달러(약 3조원)에서 2030년 약 76억달러(약 10조원)로 연평균 15.5%의 성장이 예상된다.

방산항공우주 회사인 한화에어로스페이스는 2016년부터 배터리 팩 개발을 시작했다. 송 센터장은 “잠수함 한 척에는 수십 메가와트시(MWh)의 배터리가 들어간다”며 “(배터리 팩 제품은)2016년부터 탐색 개발이 끝나고 2022년에 개발을 완료했다”고 설명했다.

액침냉각 ESS 안전성 테스트 영상. 배터리를 열폭주시켜 인위적으로 화재가 발생했지만 리튬이온 배터리 모듈을 가득 채운 냉각 플루이드(Thermal Fluids ∙절연액)가 화재를 원천 차단하는 모습. ⓒ한화에어로스페이스

기존에 배터리를 냉각하는 방식은 ▲공기로 냉각하는 공랭 ▲냉각수로 냉각하는 수랭 등 2가지로 모두 간접적으로 냉각하는 방식이다. 하지만 한화에어로스페이스는 직접 냉각을 ‘액침냉각’ 방식으로 효율을 끌어올렸다.

송 센터장은 “부가적으로 절연 액침을 하니 화재 예방도 되고 소화도 돼 배터리가 화재가 나면 절대 못 끈다는 부분은 틀린 말이라는 것을 당사가 증명했다”고 강조했다.

한화에어로스페이스는 배터리 셀은 수급받아서 팩을 제조한다. 송 센터장은 배터리 셀과 팩의 역할을 구분지으며 “배터리 셀은 에너지밀도나 출력 수명을 좌우하고 팩이나 시스템의 경우에는 셀 특성을 극대화하고 안전성, 신뢰성을 담보하고 화재 소화 등을 담당해야 하는 기능”이라고 설명했다.

이어 “최근 전기차 화재 때 모든 포커싱은 ‘배터리 셀이 안전해야 된다’였지만 셀이 에너지밀도가 높으면서 화재를 안 일으킬 방법은 쉽지가 않다”며 “이런 것(화재 관련 대비)도 팩에서 커버를 해야 되는데 당사는 이런 기술을 개발했다”고 덧붙였다.

액침냉각 ESS 소개. ⓒ한화에어로스페이스

화재는 발화점, 연료, 산소의 3요소가 동시에 만족하면 발생한다. 이 3가지 중 한 가지라도 제거되면 화재를 원천 차단할 수 있는데 한화에어로스페이스는 이를 성공했다고 자신감을 드러냈다.

액침냉각 ESS용의 장점에 대해서는 “간접 방식이 아닌 직접 담가 동일한 온도로 바로 냉각이 가능하다”며 “화재의 95% 원인이 되는 절연 파괴를 완벽하게 막을 수 있는 부분이 생긴다”고 설명했다.

한화에어로스페이스는 ▲발화점인 불꽃이 튀는 것을 예방 ▲불꽃의 징조를 감지해서 사전 차단 ▲소화가 안 되는 폭발을 방지하는 특수 밸브 ▲화재 시 특수 설계를 통해 4~5시간 동안 천천히 타게 해 소화시간 확보 등을 중심으로 개발을 하고 있다고 부연했다.