전기차 화재 위험: 리튬이온 배터리와 전고체 배터리의 미래/비교/화재원인

전기차 화재의 심각성

전기차는 현대 교통수단의 혁신을 대표하는 기술이지만, 최근 여름철 고온다습한 기후에서 발생하는 전기차 화재가 새로운 위협으로 떠오르고 있습니다. 특히 인천 청라에서 발생한 전기차 화재 사건은 약 800대의 차량에 피해를 주었으며, 이는 단순한 사고 이상의 문제를 시사합니다. 이 사건의 주요 원인으로 지목되는 것은 리튬이온배터리의 분리막 손상입니다. 여름철의 높은 온도와 습도가 리튬이온배터리의 성능에 미치는 영향과 이에 따른 화재 위험성을 상세히 분석해 보겠습니다.

전기차 화재 위험: 리튬이온 배터리와 전고체 배터리의 미래/비교/화재원인

리튬이온 배터리의 구조와 취약점

리튬이온 배터리는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 등 여러 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이 중에서 화재와 밀접한 관련이 있는 것은 전해질과 분리막입니다. 전해질은 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동하게 해 전류를 생성하는 역할을 합니다. 반면, 분리막은 양극과 음극 간의 직접 접촉을 차단하며 리튬이온만 통과하도록 허용하는 중요한 역할을 합니다.

분리막은 대개 매우 얇으며, 배터리의 원가의 15%를 차지합니다. 그러나 여름철 고온에서 전해질이 기화되고, 이로 인해 배터리 내부 압력이 증가하게 됩니다. 이 압력으로 인해 분리막이 손상되고, 쇼트가 발생하여 열폭주로 이어질 수 있습니다. 열폭주는 배터리의 온도를 급격히 상승시켜 화재를 초래합니다.

리튬이온 배터리의 주요 구성 요소와 기능

구성 요소	기능	화재와의 연관성
전해질	리튬이온의 이동을 통해 전류를 생성	고온에서 기화되어 배터리 내부 압력 증가
분리막	양극과 음극의 접촉 차단, 리튬이온만 통과하도록 허용	손상 시 쇼트 및 열폭주로 이어질 수 있음

전기차 화재 위험과 지하 주차장

여름철에는 에어컨 실외기와 자동차에서 방출되는 열기가 지하 주차장에 축적되어 전기차 배터리의 온도를 더욱 상승시킬 수 있습니다. 이러한 환경은 리튬이온 배터리의 취약성을 더욱 부각시킵니다. 특히 지하 주차장은 통풍이 부족하여 열이 빠져나가지 못하고, 이로 인해 화재의 위험이 증가합니다.

전기차 화재는 일반적으로 배터리 셀의 열폭주에서 시작됩니다. 전기차의 배터리는 수백 또는 수천 개의 셀로 구성되어 있으며, 하나의 셀에서 발생한 화재가 인접한 셀로 빠르게 확산됩니다. 이로 인해 전기차 화재는 수평으로 빠르게 번지며, 화재 진압이 어렵습니다.

전기차 화재 확산 과정

화재 발생	소요 시간
인접 차량으로 확산	약 75초
그 옆 차량으로 확산	약 2분

화재 진압 및 예방 기술

전기차 화재의 진압은 매우 어려운 작업입니다. 전기차 배터리는 하드 케이스로 보호되어 있으며, 이를 물리적으로 진압하는 데는 상당한 시간이 소요됩니다. 예를 들어, 내연기관차의 화재 진화에는 평균 1시간이 소요되지만, 전기차 화재는 평균 8시간이 걸리며, 필요한 물의 양도 큰 차이를 보입니다.

배터리 화재를 예방하고 진압하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있습니다. 주수소화, 상방향 방사 장치, 질식 소화덮개, 이동식 소화 수조 등이 대표적인 방법입니다. 또한, 배터리 제조사들은 분리막의 강도를 강화하고, ‘Z스태킹 공법’을 도입하여 손상 위험을 줄이고 있습니다.

전기차 화재 진압 기술

기술	설명
주수소화	물을 뿌려 주변 온도를 낮추는 방법
상방향 방사 장치	전기차 하부 배터리팩을 냉각하는 장치
질식 소화덮개	연기 발생 억제 및 외부 화염 차단
이동식 소화 수조	전기차를 수조에 담가 진화하는 방법

전고체 배터리: 미래의 대안

리튬이온 배터리의 취약점을 보완하기 위해 전고체 배터리가 주목받고 있습니다. 전고체 배터리는 모든 구성 요소가 고체로 이루어져 있어 쇼트 발생 시 불이 나지 않습니다. 전고체 배터리는 높은 온도에서도 안정성을 유지할 수 있으며, 리튬이온 배터리에 비해 화재 위험이 현저히 낮습니다.

현재 삼성SDI와 LG에너지솔루션은 2027년과 2030년 양산을 목표로 전고체 배터리 개발에 박차를 가하고 있습니다. 시장조사기관 마켓앤드마켓은 전고체 배터리 시장이 2025년 2억7800만 달러에서 2030년 17억 달러로 성장할 것으로 예측하고 있습니다. 그러나 전고체 배터리는 이온 이동 속도가 느려 성능이 떨어지는 문제와 높은 비용이 아직 해결되지 않은 상태입니다.

전고체 배터리와 리튬이온 배터리의 비교

특징	리튬이온 배터리	전고체 배터리
온도 안정성	60도 이상에서 폭발 위험 증가	170도까지 안정적
화재 위험	높은 화재 위험	화재 발생 위험이 거의 없음
이온 이동 속도	빠른 이온 이동 속도	느린 이온 이동 속도
현재 상용화 상태	광범위하게 사용됨	개발 중, 상용화에는 시간 필요

향후 방향과 정책적 지원

전고체 배터리는 전기차의 화재 위험을 크게 줄일 수 있는 유망한 기술이지만, 현재로서는 기술적 한계와 높은 비용이 문제로 지적되고 있습니다. 따라서 정부의 지원과 기술 개발이 필수적입니다. 가격 경쟁력을 확보하고 상용화를 앞당기기 위해서는 정책적 지원과 연구 개발이 필요합니다. 전고체 배터리가 상용화되면 전기차의 안전성이 크게 향상될 것이며, 전기차의 미래 경쟁력에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.