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전기차의 아킬레스건 화재, 대응방안은 무엇일까

2021년 08월 09일
  • 전기차의 아킬레스건 화재, 대응방안은 무엇일까
  • “작년 전기차 판매량 1년 새 44.6% 증가” “전기차 판매 폭증… 2030년엔 2억대 넘을 듯” “미국 캘리포니아주, 늦어도 2035년에는 내연기관차 판매 중단” 바야흐로 전기차 시대가 오고 있다. 각국은 이를 위한 정책을 통해 그 시기를 점차 앞당기는 중이다.
  • 전기차가 내연기관차에 비해 훨씬 친환경적이기 때문이다. 이제 그 성능도 많이 좋아져 단지 환경 때문이 아니라 정숙성과 연비, 가속력 등을 보고 전기차를 고르는 사람이 생길 정도다.
  • 그러나 충전 인프라 구축, 높은 가격 등 아직까지는 갈 길이 먼 것도 사실. 최근엔 전기차 화재가 이슈가 되면서 그 해결책 강구에 전문가들이 머리를 감싸고 있다.
  • 대표적인 사례가 얼마 전 미국에서 일어난 테슬라 모델S 화재사고다. 당시 진압을 위해 동원된 소방관은 8명, 소요 시간은 7시간에 달한다. 출처: monstersforsale / Flickr
  • 더 큰 문제는 화재진압에 사용된 물이 무려 10만 6천 리터나 됐다는 사실. 이는 일반적인 내연기관차와 비교했을 때 약 10배가 되는 어마어마한 양이다.
  • 도대체 무엇 때문에 이렇게 진압이 어려운 것일까. 리튬이온전지의 특성인 열폭주 때문이다. 설계 오류, 제조 결함, 과충전 등 다양한 스트레스로 인해 순식간에 내부 온도가 1천도 가량 치솟는 현상이다. 보통 양극과 음극을 나누는 분리막이 손상돼 일어 난다.
  • 문제는 이런 리튬이온전지 셀이 수십 개씩 붙어있는 구조다. 하나가 폭주하면 근처 셀까지 영향을 받기에 전기차 화재는 보통 전소되기 전까진 끄기 어렵다.
  • 당연히 이를 방지하기 위한 연구도 한창이다. 대표적인 것이 배터리 관리 시스템 BMS(Battery Management System)이다. 센서를 통해 전류, 전압, 온도 등을 파악해 배터리 충전, 방전 상태 및 잔여량 등을 조절하는 역할을 한다.
  • 또 운행 중인 전기차에서 빅데이터를 수집, 이를 분석해 화재 징후를 포착하는 연구가 있다. 이밖에도 전자현미경을 이용해 배터리 소재의 열 안정성을 실시간으로 분석하는 플랫폼을 구축하는 등 다양한 방법으로 안정성을 높이는 노력이 이어지고 있다.
  • 이런 연구과 함께 색다른 해결책을 강구한 시도도 있었다. 얼마 전 일산소방서, 한국교통안전공단 자동차안전연구원, 국립소방연구원은 전기차 화재를 진압하는 실험을 진행했다. 조립식 수조에 물을 채운 후, 크레인으로 전기차를 들어서 집어넣자 성공적으로 화재가 진압되는 모습이었다.
  • 다만 지금까지 제시된 이런 방법들 모두 근본적 해결책은 아니라는 의견이 많다. 결국 전고체 배터리 상용화만이 전기차 화재 문제를 해결할 수 있다고 많은 전문가들은 말한다.
  • 전고체 배터리는 기존에 쓰던 전해액 대신 고체로 된 전해질을 사용한다. 전해질 자체가 양극과 음극을 분리하는 분리막 역할을 하기에 기존 배터리에 비해 외부 충격에 강하고, 화재 가능성 역시 극도로 떨어진다. 에너지 밀도도 높아 주행거리도 월등하다.
  • 이에 삼성, LG, SK 등 국내 대기업은 물론 미국, 독일, 중국, 일본 등 수많은 곳에서 전고체 배터리 경쟁에 뛰어들고 있다. 그럼에도 배터리 출력, 가격 등 기술적인 문제가 아직 많이 남아 있는 것도 사실. 그 실질적 상용화까진 어느 정도 시간이 필요하다.
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전기차의 아킬레스건 화재,
대응방안은 무엇일까
 
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“작년 전기차 판매량 1년 새 44.6% 증가”
“전기차 판매 폭증… 2030년엔 2억대 넘을 듯”
“미국 캘리포니아주, 늦어도 2035년에는 내연기관차 판매 중단”
 
바야흐로 전기차 시대가 오고 있다.
각국은 이를 위한 정책을 통해 그 시기를 점차 앞당기는 중이다.
 
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전기차가 내연기관차에 비해 훨씬
친환경적이기 때문이다.
 
이제 그 성능도 많이 좋아져
단지 환경 때문이 아니라 정숙성과 연비, 가속력 등을 보고
전기차를 고르는 사람이 생길 정도다.
 
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그러나 충전 인프라 구축, 높은 가격 등
아직까지는 갈 길이 먼 것도 사실.
 
최근엔 전기차 화재가 이슈가 되면서
그 해결책 강구에 전문가들이 머리를 감싸고 있다.
 
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대표적인 사례가 얼마 전 미국에서 일어난
테슬라 모델S 화재사고다.
 
당시 진압을 위해 동원된 소방관은 8명,
소요 시간은 7시간에 달한다.
 
출처: monstersforsale / Flickr
 
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더 큰 문제는 화재진압에 사용된 물이 무려
10만 6천 리터나 됐다는 사실.
 
이는 일반적인 내연기관차와 비교했을 때
약 10배가 되는 어마어마한 양이다.
 
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도대체 무엇 때문에 이렇게 진압이 어려운 것일까.
 
리튬이온전지의 특성인 열폭주 때문이다.
설계 오류, 제조 결함, 과충전 등 다양한 스트레스로 인해
순식간에 내부 온도가 1천도 가량 치솟는 현상이다.
보통 양극과 음극을 나누는 분리막이 손상돼 일어 난다.
 
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문제는 이런 리튬이온전지 셀이
수십 개씩 붙어있는 구조다.
 
하나가 폭주하면 근처 셀까지 영향을 받기에
전기차 화재는 보통 전소되기 전까진 끄기 어렵다.
 
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당연히 이를 방지하기 위한 연구도 한창이다.
대표적인 것이 배터리 관리 시스템 BMS(Battery Management System)이다.
 
센서를 통해 전류, 전압, 온도 등을 파악해
배터리 충전, 방전 상태 및 잔여량 등을 조절하는 역할을 한다.
 
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또 운행 중인 전기차에서 빅데이터를 수집,
이를 분석해 화재 징후를 포착하는 연구가 있다.
 
이밖에도 전자현미경을 이용해 배터리 소재의 열 안정성을
실시간으로 분석하는 플랫폼을 구축하는 등
다양한 방법으로 안정성을 높이는 노력이 이어지고 있다.
 
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이런 연구과 함께 색다른 해결책을 강구한 시도도 있었다.
 
얼마 전 일산소방서, 한국교통안전공단 자동차안전연구원, 국립소방연구원은
전기차 화재를 진압하는 실험을 진행했다.
 
조립식 수조에 물을 채운 후,
크레인으로 전기차를 들어서 집어넣자
성공적으로 화재가 진압되는 모습이었다.
 
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다만 지금까지 제시된 이런 방법들 모두
근본적 해결책은 아니라는 의견이 많다.
 
결국 전고체 배터리 상용화만이
전기차 화재 문제를 해결할 수 있다고
많은 전문가들은 말한다.
 
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전고체 배터리는 기존에 쓰던 전해액 대신
고체로 된 전해질을 사용한다.
 
전해질 자체가 양극과 음극을 분리하는 분리막 역할을 하기에
기존 배터리에 비해 외부 충격에 강하고,
화재 가능성 역시 극도로 떨어진다.
에너지 밀도도 높아 주행거리도 월등하다.
 
 
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이에 삼성, LG, SK 등 국내 대기업은 물론
미국, 독일, 중국, 일본 등 수많은 곳에서
전고체 배터리 경쟁에 뛰어들고 있다.
 
그럼에도 배터리 출력, 가격 등 기술적인 문제가
아직 많이 남아 있는 것도 사실.
그 실질적 상용화까진 어느 정도 시간이 필요하다.
 
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진정한 전기차 시대가 오기 위해선 결국
안정성 문제 해결이 그 무엇보다 중요하다.
 
현재 수많은 연구자들이 노력하는 만큼,
조만간 화재 걱정 없는 전기차 기술이
개발되리라 기대한다.
 
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