리튬이온 배터리 화재, 전고체 배터리가 해결책이 될까요?

우리 생활에 없어서는 안 될 우리의 생활을 편하게 만들어준 것이 바로 리튬이온 배터리가 아닐까 합니다. 그런데 요즘 전기차 화재의 원인으로 지목되면서 사람들에게 순간 미움을 사고 있습니다. 특히 전기차 소유자들에게 말이죠

 

오늘은 리튬이온 배터리 화재의 원인과 이에 대한 해결책으로 부상하고 있는 전고체 배터리에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

 

목차

 

리튬이온 배터리 화재 원인

리튬이온 배터리 화재의 주요 원인은 크게 열폭주와 외부 충격으로 나눌 수 있습니다.

 

열폭주

배터리 내부 온도가 상승하여 분리막이 손상되고, 양극과 음극이 직접 접촉하면서 발생하는 급격한 발열 현상입니다.

• 과충전/과방전: 배터리를 과도하게 충전하거나 방전하면 내부 압력이 증가하고, 열이 발생하여 열폭주로 이어질 수 있습니다.
• 외부 열원: 고온 환경에 노출되면 배터리 내부 온도가 상승하여 열폭주를 유발할 수 있습니다.
• 제조 불량: 배터리 제조 과정에서 발생한 불량으로 인해 내부 단락이나 열 불안정성이 발생할 수 있습니다.

외부 충격

• 외부 충격으로 인해 배터리 내부 단락이 발생하거나, 분리막이 손상되어 열폭주로 이어질 수 있습니다.
• 특히, 배터리 팩 내에서 홀더 없이 본드로 고정된 경우 외부 충격에 취약하여 화재 위험이 더욱 높습니다.

리튬이온 배터리 화재 발생 과정

• 발화점: 외부 충격, 과충전 등으로 인해 배터리 내부 온도가 상승합니다.
• 분리막 손상: 고온으로 인해 분리막이 손상되고, 양극과 음극이 직접 접촉합니다.
• 발열 반응: 양극과 음극이 접촉하면서 급격한 발열 반응이 발생합니다.
• 가스 발생: 발열 반응으로 인해 가연성 가스가 발생하고, 이 가스가 공기 중의 산소와 반응하여 불이 붙습니다.
• 연쇄 반응: 한 셀에서 발생한 화재가 인접한 셀로 번져 연쇄 반응이 발생합니다.

 

전고체 배터리 구원투수가 될까요?

전고체 배터리란 무엇일까요?

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 배터리를 말합니다. 액체 대신 고체를 사용하기 때문에 안전성이 획기적으로 향상되었고, 에너지 밀도도 높아져 더욱 오랫동안 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.

전고체 배터리의 원리

기존 리튬이온 배터리는 양극과 음극 사이를 액체 전해질이 오가며 리튬 이온을 이동시켜 충·방전을 합니다. 반면, 전고체 배터리는 고체 전해질을 통해 리튬 이온이 이동합니다. 고체 전해질은 액체 전해질과 달리 누액 위험이 없고, 열에 강해 화재 발생 가능성이 매우 낮습니다.

 

전고체 배터리

 

전고체 배터리의 장점

• 안전성: 액체 전해질이 없어 누액이나 폭발 위험이 현저히 낮습니다.
• 에너지 밀도: 기존 배터리보다 에너지 밀도가 높아 한 번 충전으로 더 멀리 주행할 수 있습니다.
• 수명: 충·방전을 반복해도 성능 저하가 적어 배터리 수명이 길습니다.
• 빠른 충전: 고속 충전이 가능하여 충전 시간을 단축할 수 있습니다.
• 다양한 형태: 기존 배터리보다 다양한 형태로 제작이 가능하여 디자인의 자유도가 높습니다.

전고체 배터리의 단점 및 과제

• 높은 제조 비용: 아직까지 대량 생산 기술이 부족하여 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.
• 낮은 이온 전도도: 일부 고체 전해질은 액체 전해질에 비해 이온 전도도가 낮아 성능이 저하될 수 있습니다.
• 소재 개발의 어려움: 안정성과 높은 이온 전도도를 동시에 만족하는 고체 전해질 소재 개발이 필요합니다.

이렇듯 전고체 배터리가 좋은 것은 알겠으나 아직까지 상용화 문턱을 못 넘은 것이 가장 큰 단점이라 할 수 있습니다. 그렇다고 해서 전고체 배터리 상용화까지 기다릴 수는 없는 상황입니다. 안전하게 기존의 리튬이온 배터리를 사용하는 방법을 알아보도록 하겠습니다.

 

리튬이온 배터리 화재, 어떻게 예방할 수 있을까요?

• 안전한 충전: 정품 충전기를 사용하고, 과충전이나 과방전을 피해야 합니다.
• 외부 충격 방지: 배터리를 충격으로부터 보호해야 합니다.
• 고온 환경 노출 방지: 고온 환경에 배터리를 노출시키지 않아야 합니다.
• 정품 배터리 사용: 정품 배터리를 사용하여 제조 불량으로 인한 문제를 예방해야 합니다.
• 화재 발생 시: 소화기를 사용하지 말고 119에 신고하고, 안전한 곳으로 대피해야 합니다.

 

마무리

전고체 배터리는 안전성과 성능이 뛰어나 미래 자동차 배터리의 핵심 기술로 평가받고 있습니다. 현재 다양한 기업들이 전고체 배터리 개발에 박차를 가하고 있으며, 머지않아 우리 생활 속에 전고체 배터리를 탑재한 전기차가 보편화될 것으로 예상됩니다. 어서 빨리 그날이 와야 지금 얼어붙은 전기차 시장도 다시 활력을 얻을 수 있지 않을까 합니다. 감사합니다.

 

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