날이 갈수록 증가하는 전기차 화재 사태, 이를 줄일 수 있는 방법은 무엇이 있을까

날이 갈수록 증가하는 전기차 화재 사태, 이를 줄일 수 있는 방법은 무엇이 있을까

대학생신재생에너지기자단 21기 이현서

 

전기차 화재 피해 

[자료1. 지난 26일 화재가 발생한 테슬라 차량]

출처: 부산일보

산업통상자원부가 발표한 바에 따르면 전기차 판매량은 2021년 상반기 2만 6142대를 기록하였고 2022년은 그보다 109%가 상승한 5만 4645대를 기록하였다. 전기차가 널리 보급되는 동시에 전기차 화재 또한 증가하고 있어 안전성에 대한 논의가 시급한 상태이다. 소방청은 2017년부터 2021년까지 전기차 화재 건수가 69건에 달한다고 발표하였고 화재 발생 건수가 증가세를 보이고 있다고 보고하였다. 실제로 지난해 26일 테슬라 모델3에서 화재가 발생하여 25분 동안 진화 작업에 나섰고 5일에도 경북 영주시에서 한 전기차 화재가 발생하여 2시간 동안 진화 작업에 어려움을 겪었다고 전해졌다. 이외에도 전기차 배터리 충방전시에 화재가 발생하는 등 발화에 대해 논의가 시급한 상태이다.

실제로 호남대학교 미래자동차공학부 김철수 교수는 "전기차는 전기를 이용해 구동되는 자동차인데 무거운 차량을 움직이게 하기 위해서는 매우 높은 전압의 전기가 사용되고 많은 전기를 저장하기 위해 높은 에너지 밀도를 지닌 배터리가 필요하다. 전기차는 근본적으로 전기로 인한 화재의 위험이 존재한다."고 말했다. 

 

전기차 구조 및 사용되는 배터리

[자료 2. 전기차 하부 ]

출처: 국제신문

이처럼 전기차에 탑재된 리튬이온배터리에 발생하는 열폭주를 진압하기에 현재 기술력이 부족한 상태이다. 리튬이온배터리 내부의 양극과 음극이 접촉할 경우 화재가 발생하기 때문에 이를 분리하는 분리막이 존재한다. 따라서 열과 외부 충격으로 인해 분리막이 손상되고 누액이 발생하면 화재로 이어질 수 있다. 특히나 리튬이온 배터리의 경우 열폭주 현상이 일어난다. 열폭주 현상은 발화 시 온도변화가 급격하게 발생하는 현상을 말하는데 이 때문에 질식 소화포를 사용한다고 하더라도 배터리가 다 연소하기까지 진화하기 어렵다.

[자료 3. 차량 화재 소방 훈련]

출처: 국제신문

문제는 상당한 무게의 전기차를 가동시키기 위해서는 리튬이온 배터리 개수가 기본적으로 90~100개 탑재되어 들어가고 이 모든 배터리를 연소하기까지 진화하기 어렵다는 점이다. 더군다나 전기차량의 하부는 배터리 보호를 목적으로 강철을 사용한다. 이 때문에 강철로 둘러싸인 배터리에 물을 투입하기 어렵다.  이에 대한 대응으로는 배터리 완충 비율을 낮추거나 물이 들어갈만한 공간 확보 등의 의견들이 제시되고 있지만 분사 방식으로 불을 끄게 될 경우, 배터리로 인한 감전의 위험이 있어 배터리 열폭주를 대비해 자동차 제조부터 달라져야 한다는 목소리가 나오고 있다. 

 

전고체 배터리 적용

높은 에너지 밀도를 가진 리튬이온 배터리는 이점이 많지만 그만큼 단점도 많다. 그중 전기차에 대두되고 있는 문제점은 화재 위험성이다. 리튬이온 배터리가 화재로 이어지는 중요 원인은 가연성 물질인 액체 전해질 때문이었다. 이에 액체가 아닌 고체 전해질을 이용하는 전고체배터리가 떠오르고 있다. 전고체 배터리는 리튬이온 배터리와 달리 전해질이 고체이기 때문에 누액이 나오지 않으며 발화 가능성 또한 상당히 낮다. 에너지밀도 또한 상당히 높은 편에 속하기 때문에 충전시간 단축 및 무거운 전기차를 가동할 수 있을 만큼의 대용량 또한 실현시킬 수 있어 각계의 주목을 받고 있다. 

전고체 배터리가 앞으로 미래 사회에 있어 주축을 차지할 것이라는 의견이 앞다투어 나오고 있지만 빠른 시일 내의 상용화는 어려울 것이라는 전망이 나온다. 전고체 배터리에 쓰이는 적합한 고체 물질을 찾아내기가 어렵기 때문이다. 일부 기업에서 그 고체 물질을 찾아내었지만 상용화에 이르기까지의 출력을 내는 물질은 아직 찾지 못하였기에 여러 시행착오가 필요한 시점이다. 

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참고문헌

[전기차 화재 피해]

1) 이훈,"[이슈포커스] ‘전기차 화재’ 대중화 시대 걸림돌", 전기저널, 15-17, 2022.09

2) 허시언, "전기차가 내연기관차보다 화재에 취약?", 국제신문, 2023.01.01, http://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0300&key=20221230.99099009932

[전기차 구조 및 사용되는 배터리]

1) 허시언, "전기차가 내연기관차보다 화재에 취약?", 국제신문, 2023.01.01, http://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0300&key=20221230.99099009932

2) 박용성, "다가오는 전기차 시대… 배터리 안전이 핵심", 오토저널, 42-47, 2020.12

[전고체 배터리 적용을 통한 기대 효과]

1) 권혜정, 이형진, "[배터리 동맹]④차세대 배터리 권력은 '전고체'…완성차업체들이 노린다", 뉴스1, 2022.12.18, https://www.news1.kr/articles/4897225