▲ 소방관들이 불인 난 전기 차량에 질식소화포를 덮을 준비를 하고 있다.     ©최누리 기자

[FPN 최누리 기자] = 리튬이온배터리는 구성 요소별 열분해 온도가 다르기에 열폭주 감지부터 확산 방지까지 대응 방안을 다각도로 마련해야 한다는 주장이 나왔다.

이준혁 방재시험연구원 책임연구원은 지난 16일 한국화재보험협회가 주최한 온라인 세미나에서 ‘다가오는 전기차 시대 가장 큰 화재 원인, 리튬이온배터리 화재 특성’을 주제로 발표했다.

배터리는 파손 등 기계적 결함이 발생하면 분리막이 분해되고 양ㆍ음극이 만나 내부 단락이 일어난다. 과충전ㆍ방전 등 전기적 문제로 인한 덴드라이트 생성이나 고열로 인한 분리막 분열 역시 내부 단락을 초래한다. 내부 단락은 배터리 열폭주의 직접적인 원인이 된다는 게 이 책임연구원 설명이다.

그는 “양극재, 음극재, 전해질, 분리막 등 배터리 구성 요소별 열분해 온도가 다르다. 순차적으로 열분해가 진행돼 인화점이나 발화점에서 불이 나는 게 아니다”며 “분리막이 분열되면 대규모 내부 단락으로 셀의 전기 에너지가 순간 방출되면서 열폭주가 일어날 수 있다”고 강조했다.

이어 “배터리는 화학 반응으로 내부에서 산소를 발생시켜 산소가 없더라도 열폭주 현상이 일어날 수 있다”며 “배터리 구성 요소에는 여러 물질이 혼합 사용돼 열분해나 발화 온도가 다양하다. 이 때문에 구성 요소가 다양해질수록 열폭주 예측도 어려워지게 된다”고 했다.  

이날 이준혁 책임연구원은 X. Feng의 연구 논문을 소개하기도 했다. 그는 “논문에 담긴 배터리 과충전 실험 결과를 살펴보면 과충전된 배터리는 전압이 상승하다가 잠깐 소강상태를 보인 뒤 내부 단락으로 전압이 다시 급격히 상승했다”며 “이후 전압이 다시 떨어지면서 열폭주로 이어지는데 첫 변곡점이 열폭주 전조 증상이 될 수 있다”고 말했다.

그러면서 “처음 변곡점을 찍은 뒤 내부 단락이 발생할 때 열폭주와 동시에 급속한 온도 상승이 일어났다”며 “석유ㆍ화학 공장에선 인터록 시스템을 활용하는데 공장 배관 온도가 A 지점까지 올라가면 알람을 울리고 그보다 높은 B 지점까지 치솟으면 시스템을 차단한다. 이를 배터리관리시스템(BMS)에 적용하면 열폭주를 어느 정도 막을 수 있을 것으로 생각한다”고 설명했다.     

열폭주 특성을 활용한 대처 방안에 대해선 “열폭주 이전 전조 증상으로 발생하는 전압 특성을 고려해 BMS 등에 전압 제한을 피크 전압보다 낮게 설정하는 조치가 필요하다”며 “열폭주 시 이산화탄소 등 가스 발생량이 많으므로 가스감지기 선정 때 이를 고려해야 한다”고 했다.

또 “열폭주 발생 원인별 감지 요인이 달라 전압과 표면 온도, 변형률, 가스 농도 등 2개 이상 변수를 복합적으로 측정하는 방법을 채택하고 화재 확산 방지를 위해 셀 사이에 기능성 레이어를 삽입하는 등의 조치를 검토해야 한다”고 덧붙였다.      

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr 

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