헥사곤-프라운호퍼 연구소, 새로운 전기화학 시뮬레이션 솔루션 출시로 배터리 설계 가속화

- 새로운 소프트웨어 솔루션 통해 셀 설계 단계에서 전기화학적 성능 시뮬레이션… 고비용의 실험실 테스트 감소 및 첨단 배터리 기술 개발 가속화 

- 가상 설계 탐색으로 셀 내부 형태 변화가 성능에 미치는 영향 이해 용이

- 디지털 리얼리티 기술 활용으로 제조 공정이 셀 품질 및 성능에 미치는 영향 파악… 시행착오 줄여 개발 비용 절감

센서, 소프트웨어, 자율 기술을 결합한 디지털 리얼리티 솔루션 분야의 글로벌 리더인 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스(Hexagon Manufacturing Intelligence)는 새로운 배터리 셀 설계 솔루션을 출시했다고 오늘 발표했다. 해당 솔루션은 유럽 내 응용연구 분야의 선도적 기관인 독일의 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics, 이하 프라운호퍼 ITWM)의 전기화학 시뮬레이션 기술(Battery and Electrochemistry Simulation Tool, BEST)과 헥사곤의 멀티피직스(Multi-physics) 및 측정 소프트웨어를 결합해 새로운 배터리 셀 연구 개발 프로그램을 획기적으로 가속화한다.

헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스는 프라운호퍼 연구소와 함께 새로운 배터리 셀 설계 솔루션을 출시했다.

헥사곤은 새로 출시한 배터리 설계 솔루션을 통해 국내 배터리 산업의 기술 향상과 글로벌 시장내 경쟁력 강화를 적극 지원할 계획이다. 가상 실험실을 통한 비용 절감, 생산성 향상, 다양한 배터리 전기화학 반응에 대한 시뮬레이션 능력 등을 제공함으로써 국내 기업들의 기술 경쟁력을 한층 높일 것으로 예상된다.

새로운 배터리 셀 개발은 복잡하고 시간이 많이 소요되는 과정이다. R&D 단계에서는 이론 원리에 기반한 실험계획법(DoE)의 과정이 필요하며, 이는 많은 시행착오와 반복작업이 요구되는 실험실에서의 실제 테스트를 통해 검증된다. 또한, 셀 제조 과정의 여러 단계가 불량률과 배터리 성능에 영향을 미칠 수 있어 세심한 관리가 요구된다.

헥사곤의 새로운 전기화학 배터리 설계 솔루션은 프라운호퍼 ITWM의 배터리 및 전기화학 시뮬레이션 도구(BEST) 솔버를 헥사곤의 디지털 재료(Digital Materials) 제품군 중 하나인 디지매트(Digimat)에 통합해 제조 공정의 영향을 고려한 효율적인 다중물리기반 셀 설계 탐색을 지원한다.

헥사곤의 새로운 배터리 셀 설계 솔루션은 설계 공정을 간소화하여 제조 문제를 해결하고 효율적인 열 관리를 보장한다.

새로운 솔루션을 활용한 가상 실험실은 다음과 같은 주요 기능을 제공한다:

- 입자 크기 분포와 탄소 바인더 분포 등 적절한 재료와 구성 최적화를 통한 에너지 효율, 수명, 최적 충전 프로토콜 등 성능 향상

- 헥사곤의 3D 측정 소프트웨어 ‘산업용 CT 소프트웨어(VGSTUDIO Max)’를 활용하여 제조된 셀의 내부 구조를 CT 스캔하여 역설계하고, 이를 통해 제조 공정이 셀 미세구조에 미치는 영향을 검토

- 배터리 에이징 및 셀 설계의 안전성 영향 조사를 통한 배터리 관리 시스템의 최적 충전 프로토콜 개발

헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스의 기욤 보이소(Guillaume Boisot) 재료 및 플랫폼 수석 이사는 "셀 설계와 개발에는 소재, 전기화학반응 설계, 기계적 설계, 제조 공정 간의 복잡한 상충 관계로 인한 상당한 어려움이 있다”며 “이러한 복잡한 과정의 많은 부분이 시행착오에 의존해 왔지만, 프라운호퍼 ITWM과의 파트너십을 통해 R&D 팀이 더 나은 성능의 배터리 셀을 설계하고 프로토타입 단계에서 빠른 피드백을 받아 더 신속하게 개발할 수 있도록 도울 수 있게 됐다"고 말했다.

헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스의 수밤 셋(Subham Sett) 멀티피직스 부문 부사장은 “배터리 성능과 품질은 특히 자동차 시장에서의 제품 경쟁력에 큰 영향을 미치는 차별화 요소”라며 “헥사곤은 열 관리 및 열폭주 시뮬레이션에 투자해오고 있으며, 이번 출시로 인해 많은 제조기업에서 배터리 셀 내 다중물리 상호작용에 대해 전체적인 관점의 분석을 가능하게 한다”고 말했다.

프라운호퍼 ITWM의 요헨 차우슈(Jochen Zausch) 박사는 "우리는 헥사곤의 혁신적인 재료 모델링 소프트웨어에 프라운호퍼 ITWM의 신뢰도 높은 BEST 배터리 전기화학 솔버 기능을 도입하기 위해 훌륭한 기술 협력을 이뤘다”며 “이러한 포괄적인 시뮬레이션 워크플로우로 새로운 배터리 혁신이 빠르게 추진되기를 기대한다”고 말했다.

새로운 솔루션은 프라운호퍼 ITWM의 첨단 시뮬레이션 기술을 헥사곤의 디지털 재료 제품군 중 하나인 디지매트 소프트웨어에 통합해 다양한 배터리 유형에 대해 내부 구조와 성분들을 상세히 시뮬레이션할 수 있도록 한다. 또한 배터리 설계에 필요한 다양한 재료 정보를 제공하고, CT 스캔을 통해 배터리 내부를 분석할 수 있는 기능을 통해 배터리의 물리적 특성 분석 및 배터리 설계 과정을 효율적으로 수행할 수 있도록 지원한다.

한편, 헥사곤은 오는 11월 27일 ‘e모빌리티 지속가능 발전을 위한 배터리 혁신 시뮬레이션 기술’을 주제로 헥사곤 배터리 시뮬레이션 솔루션 웨비나를 진행할 예정이다. 이 웨비나에서는 헥사곤의 최신 배터리 열폭주 및 열전파 시뮬레이션 기술을 소개하고, 미세구조 분석기반 배터리 셀 모델링, 부품 접합 및 성형 시뮬레이션 솔루션 등을 활용해 배터리의 안전성과 성능을 높일 수 있는 방법을 제시할 계획이다.

■ Contact: 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 https://hexagon.com/resources/resource-library/battery-modelling-and-design-solutions