전기차와 에너지 저장장치용 배터리 수요 급격히 증가
- 이에 독일 프라운호퍼 산업수학연구소(Fraunhofer ITWM) 연구진은 생산 공정의 안정성과 효율성을 높이기 위해 디지털 시뮬레이션 도구와 첨단 측정 시스템을 활용
- 연구진은 배터리 생산 과정의 핵심 단계인 전극 혼합, 코팅, 건조 등을 위한 모델을 개발
- 이를 통해 실제 공장에 적용하기 전에 컴퓨터상에서 공정을 분석하고 최적화할 수 있음
배터리 성능을 예측하는 3D 시뮬레이션
- 연구진이 개발한 배터리·전기화학 시뮬레이션 도구(BEST)는 리튬이온 배터리를 3차원으로 모델링할 수 있는 소프트웨어임
- BEST는 전극의 미세구조부터 완성된 배터리 셀의 거동까지 폭넓게 분석할 수 있으며 셀 성능 예측, 충전 전략 최적화, 노화 및 성능 저하 분석 등 다양한 기능을 제공
- 해당 소프트웨어를 통해 실제 사용 환경에서 배터리가 어떻게 작동할지 예측 가능하고, 실제 배터리를 기반으로 한 가상 복제 모델을 활용해 셀 특성도 분석할 수 있음
- 다른 소프트웨어와 BEST의 연동 또한 가능하여, 앞으로는 프라운호퍼 클라우드 기반 웹 플랫폼을 통해 BEST를 별도 설치 없이 사용할 수 있게 될 예정
배터리 모듈 발포 공정도 가상으로 구현
- 연구진은 또 다른 소프트웨어인 FOAM도 개발했는데, 이 소프트웨어는 배터리 모듈 생산 과정에서 이뤄지는 발포(foam encapsulation) 공정을 시뮬레이션함
- 발포 공정이 끝난 뒤에는 셀의 위치가 경화 과정에서 변하지 않았는지 확인해야 하며, 연구진은 이를 위해 테라헤르츠(THz) 측정 기술*을 활용
* 적외선 사이의 주파수 대역에 해당하는 전자기파를 이용해 비접촉식·비파괴 방식으로 재료를 검사하는 기술
- 또한 해당 기술을 바탕으로 배터리 전극 코팅 공정을 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템을 개발함
- 덕분에 측정 과정은 비접촉식·비파괴 방식으로 이뤄지며 방사선 차폐 시설도 필요하지 않음
