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[실시간뉴스]전기차 불안 높인 열폭주 현상 뭐기에…과학적 원리는

온카뱅크관리자

2024-08-22 06:45:14

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">가연성 물질로 구성된 배터리 요소 연쇄 연소로 발생<br>열·화학반응으로 전극 단락, 과충·방전 등 원인<br>배터리 소재, 배터리 시스템, 화재 대응 연구 필요</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="1vwVDRRuoP">
          <p dmcf-pid="t90E3hhLg6" dmcf-ptype="general"> [이데일리 강민구 기자] 최근 인천 청라국제도시 등에서 잇따라 전기차 화재가 발생하면서 전기차에 대한 우려가 높아지고 있다. 전기차는 리튬이온배터리로 대표되는 고성능 배터리를 쓰는데, 이 배터리는 우리 생활과 밀착된 휴대폰(갤럭시, 아이폰), 노트북(델, 맥북)에 들어가는 것과 동일하다. 전기차 운행량이 늘어나는 상황에서 화재 피해 사례들이 속속 나타나자 불안감이 가중되는 모습이다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="FSD2EMMUk8" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="(그래픽=이미나 기자)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202408/22/Edaily/20240822063007164qswe.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="5kxXQUUlaQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202408/22/Edaily/20240822063007164qswe.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            (그래픽=이미나 기자)
           </figcaption>
          </figure>
          <div dmcf-pid="3dfTV11mA4" dmcf-ptype="general">
           국립소방연구원에 따르면 전기차 화재는 2019년 3건을 시작으로 2020년(11건), 2021년(24건), 2022년(44건), 2023년(60건)으로 매년 증가하고 있다. 화재의 근본적인 원인은 배터리의 ‘열폭주 현상’ 때문이다. 전기차는 궁극적으로 탄소 중립을 위해 필요한 교통수단 중 하나라는 점에서 사용하지 않을 수는 없다. 그런데 화재가 한 번 발생하면 주변으로 확산해 화재를 진압하기 어려운데다 여름철 고온다습한 기후 환경에 더 취약하다는 점에서 각별한 관리가 필요하다. 이러한 열 폭주 현상은 어떻게 일어나는 것일까.
          </div>
          <p dmcf-pid="0PBIqYYcjf" dmcf-ptype="general"><strong>배터리 내부에서 발생하는 연쇄 화학반응</strong></p>
          <p dmcf-pid="pPBIqYYcAV" dmcf-ptype="general">21일 과학계에 따르면 리튬이온 배터리는 기본적으로 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 구분할 수 있다. 전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 이동하게 하는 매개체 역할을 하고, 분리막은 양극과 음극이 맞닿지 않도록 분리해준다.</p>
          <p dmcf-pid="UOjqN88to2" dmcf-ptype="general">열 폭주의 원인은 다양하고 복잡하다. 열폭주는 크게 기계적 남용(충격, 압축 등), 열적 남용(고온 노출, 자체 발열), 전기적 남용(과충·방전, 단락)으로 구분해서 볼 수 있다. 오기용 한양대 미래자동차공학과 교수는 “온도에 따라 구분하면 60도와 130도 사이에서 SEI(음극재 표면에 생기는 얇은 막)가 녹기 시작하면서 발열하고, 배터리 전체 온도 향상, 분리막이 녹는 온도(120~160도)까지 올라간다”며 “궁극적으로 양극, 전해질, 음극·전해질 등 배터리 요소의 연쇄 반응으로 열 폭주 현상이 발생한다”고 설명했다.</p>
          <p dmcf-pid="uEn0iKKGc9" dmcf-ptype="general">쉽게 말해 배터리 구성 요소인 분리막의 한계로 양극과 음극이 맞닿게 되면 전자의 흐름이 외부 도선을 통하지 않고 맞닿은 부분으로 전달되면서 전자와 리튬 이온이 한꺼번에 양극과 음극으로 전달돼 ‘전극 단락(쇼트)’이 발생해 불꽃이 튈 수 있다.</p>
          <p dmcf-pid="7woUL22XkK" dmcf-ptype="general">특히 전지에 들어 있는 과산화물이 고체 산소라는 점, 가연성 유기 용매 연료가 내재됐다는 점은 화재 발생에 취약하게 만든다. 이 밖에 과충전이나 전지결함도 열폭주를 촉진할 수 있다.</p>
          <p dmcf-pid="zoQHPpphgb" dmcf-ptype="general">정훈기 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터장은 “열 폭주에는 다양한 원인이 있는데 과충전·방전시 양극재 특성이 변하고, 전해질과 반응해 가스가 발생하고 배터리가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생하고, 열 폭주로 이어질 수도 있다”며 “값싼 배터리를 쓰거나 비정상적인 관리, 취급에 따라 달라질 수도 있다”고 설명했다.</p>
          <p dmcf-pid="q90E3hhLNB" dmcf-ptype="general"><strong>소재 연구, 효율적 배터리 시스템 구축 등 시도</strong></p>
          <p dmcf-pid="B1veSNNfjq" dmcf-ptype="general">열 폭주로 인해 화재가 발생하면 주변까지 피해를 준다. 리튬이온배터리 특성상 높은 압력에 의해 가연성 가스 분출과 함께 화염이 수평으로 전파되는 특성이 있고, 가연성 가스로 인해 폭발까지 발생할 수 있다. 리튬이온배터리 특성상 배터리 셀, 모듈, 팩이 밀집해 있다는 점에서 한번 화재가 발생하면 재발화로 화재 규모도 키울 수 있다. 배터리관리시스템(BMS)이 녹스는 것을 방지하고, 외부 환경 변화에 대응하기 위해 기본적으로 방수처리된다는 점에서 화재 발생시 물로 진화할 수 없고, 냉각시켜 불을 끄는 방법을 쓰고 있다.</p>
          <p dmcf-pid="b8zs7yyjAz" dmcf-ptype="general">이러한 위협요소에도 국내 배터리 전문가들은 기술이 발전하면서 배터리 화재 발생 위험 확률은 줄어들고 있다고 봤다. 열 폭주를 막기 위한 연구도 활발하다. 국내외에서 내열성 분리막 코팅 공정 개발, 난연성 전해액 개발처럼 배터리 소재 개량이 추진되고 있다. 열 폭주 현상을 해석하고 열 폭주를 사전에 최적화 설계해 배터리 시스템을 개선하면서 안전한 사용법을 찾는 것도 중요하다.</p>
          <p dmcf-pid="KK3kFCCnA7" dmcf-ptype="general">결국 100% 위험 요소가 없는 전지 개발은 불가능에 가깝기 때문에 취급에 유의하고 배터리 안전성을 높이는 것이 관건이다. 예를 들면 좋은 양극재를 만들고 불연성 소재들을 적용할 수 있다. 불량을 낮춰 신뢰성을 높이고, 제조사가 부품 정보 공개를 통해 고객 신뢰도 확보해야 한다.</p>
          <p dmcf-pid="9R2S9ZZwju" dmcf-ptype="general">선양국 한양대 에너지저장변환소재연구실 교수는 “미드니켈 양극재처럼 상대적으로 열 안정성이 우수한 소재를 양극체를 쓰기 위한 연구도 이뤄지고 있다”면서도 “소재를 고도화하면 화재 발생 정도를 줄일 수 있을 것으로 기대하지만 완전히 낮추기는 어렵기 때문에 기술 개발이 계속 이뤄져야 한다. 무더운 여름철에 주차를 주의하고, 제조사가 정보를 공개하는 등 안전한 사용을 위한 노력이 필요하다”고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="2AdteqqyNU" dmcf-ptype="general">강민구 (science1@edaily.co.kr) </p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 이데일리. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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