[전문가 기고] 리튬이온 이차전지, 생각보다 안전하다

이현정 기자 kotrapeople@ekn.kr 2018.09.11 13:22:15

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- 서정대학교 자동차학과 박철완 교수
-폭염, 리튬이온 이차전지 연관 산업에서 사건·사고 두드러지게 해
-‘십년이면 강산도 변한다’더니 ‘십년이면 리튬이온 이차전지 사고 유형도 변한다’
-정상 제작된 리튬이온 이차전지, 생각보다 안전하다.



박철완박사

▲서정대학교 자동차학과 박철완 교수


2018년 여름은 폭염이 유난스러웠던 것으로 기억될 듯 하다. 폭염은 리튬이온 이차전지 연관 산업에서도 전례 없는 사건, 사고들을 두드러지게 했다.

‘ESS’라는 약자로 일컬어지는 (전기)에너지저장장치의 잦은 화재 (예년에 비해서 말이다)가 바로 그것이다. 십여년 전인 2007, 2008년 경만 하더라도 리튬이온 이차전지 쪽 발화, 혹은 폭발 사고라 하면 휴대전화 혹은 랩탑 컴퓨터 사고였었다. 이때의 사고 원인으로 필자가 당시에 여러 매체에 전문가 소견으로 밝힌 대표적 사례의 일부만 들어보면, 서울 남부 지역의 휴대전화 배터리 발화는 소유자의 애완견이 추가 배터리를 개껌 씹듯 에지를 씹어 단락을 일으켜 발화한 사고였고, 최초의 리튬이온 이차전지 인사 사고라 호들갑이 심했던 충청 지역 휴대전화 발화 사고는 중장비 업무를 맡은 분의 과실에 의한 강한 외부 충격으로 발화 사고였다. 그리고 동영상으로 잡힌 국내 최초의 원통형 리튬이온 이차전지 ‘폭발 사고는 라디에이터 바로 곁에 충전 상태로 방치된 랩탑 컴퓨터가 외부의 열원에 의해 과열돼 1차 파괴 후 파손된 이차전지 팩을 부적절한 등급의 소화기를 이용한 조처로 인해 2차 폭발이 유도된 사고가 악명높았다 할 수 있다.

이 사고들의 공통점은 ‘리튬이온 이차전지 제조상 문제’로 일어난 게 아닌, ‘이차전지 외부 요인’에 의해 일어났기 때문에 ‘단발성’ 사고로 그칠 거라 당시에도 필자가 매체 쪽에 누차 강조했었고 다행히 필자의 판단이 맞았었다.

그런데 ‘십년이면 강산도 변한다’더니 ‘십년이면 리튬이온 이차전지 사고 유형도 변한다’는 말을 해야 할까 싶다.

10여년 전 필자가 차세대전지 성장동력 사업단을 책임 운영하며 그렸던 ’차세대 전지 산업기술로드맵‘ 상의 예측 시장 규모를 넘어선지 오래이고, 채용 산업도 다양화하고 있다. 휴대전화, 랩탑 컴퓨터에는 여전히 리튬이온 이차전지가 많이 쓰이지만, 이제는 블루투스 장치와 전자담배로 대별되는 초소형 전자기기, 배터리 전기차로 대별되는 수송용 운송수단, 그리고 발전 보조용 ‘에너지 저장 장치라 할 수 있는 ESS’로 리튬이온 이차전지 시장이 확대됐다.

초소형 전자기기인 전자담배 화재 및 폭발 사고는 인사 사고까지 일으켰고, 발전 보조용 에너지 저장 장치인 ESS도 유독 눈에 띄는 게 2018년경의 상황이며 사고의 원인은 여전히들 설왕설래한다. 리튬이온 이차전지 발화 및 폭발 사고는 화재와 폭발의 에너지원이 이차전지가 담고 있고 있다 보니 사고 후 이차전지까지 발화, 폭발까지 가면 반드시 사고의 원인으로 의심받는 건 피할 수 없는 상황이다.

하지만 십년 전에도 그랬고, 지금도 그렇지만 배터리 자체 결함의 십중팔구는 ‘동일 패턴의 연쇄 발화 혹은 폭발’로 이어진다. 핸드셋 셋팅, 설계 그리고 제작 공정 문제에 이어 장착된 리튬이온폴리머 이차전지의 ‘심각한’ 변형 등 역대급의 복합적 문제로 단발성으로 그치지 않은 사건 사례도 역사에 기록돼 ‘동일패턴의 연쇄 발화 혹은 폭발’은 배터리 자체 결함이 전부라고 할 수 없게 됐다.

여하간에, 전자담배와 발전 보조용 에너지 저장 장치인 ESS의 사고도 배터리 자체 결함이라 하기엔 복잡다단한 패턴을 갖고 있다. 전자담배는 이차전지 바로 곁에 전열기가 있어 적절한 단열이 되지 않았을 때 과열을 경험할 수 있고, 제작 공정 중에 열 및 전기 충격이 이차전지에 가해질 우려가 있어 다른 초소형 전자기기에 비해 품질관리에 유의해야 한다. 마찬가지로 발전 보조용 에너지 저장 장치도 단전지 형태와 제작사에 따라 모듈, 팩, 시스템(제작사에 따라 용어도 혼란스럽다)의 제작 공정 중 단전지에 열 및 전기 충격이 가해지지 않도록 유의해야 하고, 대형 설비 형태이기 때문에 설비 후 환경 변수(특히 온도) 관리에 유의해 과열되지 않도록 조심해야 한다.

살아있는 리튬이온 이차전지라면 충전이 거의 다된 상황에서 외부의 물리적, 열적, 전기적 충격이 강하게, 혹은 연속적으로 가해졌을 때 단전지가 파괴될 우려가 있다. 혹자들은 끝까지 배터리 자체 결함이라 주장하는 경우도 자주 보지만, 사용 중 이차전지 관리가 가장 잘되는 대표적 예인 배터리 전기차가 전자담배나 ESS와 비교했을 때 사고 빈도가 어떤지 확인해보라 권하고 싶다. 정상적으로 제작된 리튬이온 이차전지는 생각보다 안전하다.












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