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리튬 일차전지, 밀도·전압 높아 알칼리 전지 대체
양극재·음극재 접촉하면 화학 반응...열폭주 현상
대부분 기업, 이중·삼중 화재 안전 장치
원통형 배터리 이미지. 게티이미지뱅크


24일 오전 경기 화성시 3층짜리 공장에서 불이 난
아리셀이라는 업체는 리튬 이온 일차전지
제조 업체로 알려졌다
. 리튬 이온 전지는 최근 배터리 산업이 발달하면서 쓰임새가 많아졌지만 다른 배터리에 비해 화재 위험성은 다소 높은 것으로 알려졌다.

이날 소방당국에 따르면
불이 난 건물 2층에는 3만5,000개의 리튬 이온 전지가 있었던 것
으로 전해졌다.
리튬 이온 전지는 리튬이나 리튬 혼합물을 양극재로 사용
한다.
수명이 길고 에너지 밀도가 높아 최근 활용도가 높아지고
있다. 다만 아리셀이 만든 일차전지는 흔히 전기차 배터리로 불리는 이차전지와는 다르게 한번 방전되면 충전해서 다시 쓸 수 없다.

재사용이 불가능하지만
리튬 이온 일차전지는 에너지 밀도와 전압이 높고 수명이 길어 원통형 알칼리전지 역할을 대신
하고 있다. 가정에서 흔히 볼 수 있는 건전지가 알칼리전지다. 리튬 이온 일차전지는 스마트그리드 계량기, 무전기 등 군수용품, 통신 장비, 전자태그(RFID) 장치, 의료기기 등에 많이 쓰인다. 반면 이차전지는 충전해서 다시 사용할 수 있어 전기차, 스마트폰, 노트북, 에너지저장장치(ESS) 등에 주로 활용된다.

분리막 손상 시 열폭주 현상으로 화재 위험

리튬 이온 전지 개념도.


일차전지와 이차전지의 사용처는 다르지만 과학적 원리는 비슷하다. 전지는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 구성되는데 전지 속 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 액체로 된 전해질을 타고 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만든다.

이때
양극재와 음극재가 만나지 못하게 나누는 역할을 분리막
이 한다.
분리막은 아주 작은 구멍을 통해 이온만 통과할 수
있다. 이차전지에서 리튬 이온이 양극에서 음극으로 움직이면 충전되고 반대로 음극에서 양극으로 돌아가면 방전되면서 전기 에너지를 낸다. 이차전지는 방전 후 충전을 통해 500~2,000회 다시 쓸 수 있는 것으로 알려졌다.

분리막이 손상되면 양극과 음극이 접촉해 열이 나면서 화재와 폭발이 일어난다
. 배터리 내부에 불이 나면 안전 장치인 분리막이 파손될 수 있는데 이 경우 양극과 음극의 화학 반응이 커지면서 눈 깜짝할 새 1,000도 넘게 온도가 치솟을 수 있다. 이를 업계에서는 열폭주 현상이라고 한다. 이렇게 되면 주변
배터리 역시 화재로 인한 손상과 열폭주 현상이 일어날 수 있고 화재를 진압해도 다시 불이 붙는 재발화의 위험도 있다는 게 전문가들의 얘기다.


이날 화성소방서 관계자는 "리튬 배터리를 검수하고 포장하는 작업 중 배터리에서 폭발이 일어났다는 목격자 진술이 있었다"고 말했다. 불완전 리튬 이온 배터리의 열폭주 현상을 화재 원인으로 예상해볼 수 있는 대목이다. 이 때문에
배터리 업계는 리튬 이온 배터리 제조 공정과 제품 품질을 갖추기 위해 높은 기술력이 필요하다고 보고
있다.

특히
배터리 화재는 물로 끄기 어렵다
.
열폭주 현상 등으로 쉽게 불길이 잡히지 않기 때문
이다. 배터리 업계와 소방 관련 업계는 배터리 때문에 불이 나면 진압할 수 있는 냉각 기술, 소화액 등을 개발하고 있다.

하지만 모든 배터리 공장이 위험한 것은 아니다. 대체로 화재 예방 시설을 철저히 갖추고 제조 공정마다 안전 점검 절차를 이중 삼중으로 만들어놓았다.

한 대기업 계열의 배터리 업체 관계자는 "화재에 대비해 공장 내 특수 소방 시스템을 갖추고 있다"며 "화재 등 비상 상황에 대비해 제조 공장 인력을 대상으로 화재 대응 비상 훈련도 정기적으로 실시하고 있다"고 말했다.



한국일보

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