소방청 국립소방연구원은 폐리튬이온배터리의 잔존 전압에 따른 화재위험 특성을 확인하기 위해 열적 남용 실험을 실시한 결과 일부 전압 조건에서 화염을 동반한 열폭주 현상을 확인했다고 10일 밝혔다.
폐리튬이온배터리는 사용이 끝난 뒤에도 내부에 전기에너지가 남아 있을 수 있어 수거·보관이나 재활용 과정에서 화재가 발생할 위험이 있다.
실제로 2024년 1월 경기 평택시의 폐배터리 재활용 업체에서는 리튬 폐배터리 파쇄 작업 중 화재가 발생했다. 2020년 4월 경북 고령군의 폐배터리 처리 업체에서는 배터리 분리 작업 중 발생한 불이 연쇄 폭발로 이어져 진화에 어려움을 겪기도 했다.
이에 국립소방연구원은 폐배터리의 잔존 전압에 따른 열폭주 발생 특성을 분석하고 취급시설의 화재 예방에 필요한 기초자료를 확보하기 위해 실험을 진행했다.
실험은 수거한 원통형 '18650' 폐리튬이온배터리를 잔존 전압별로 구분한 뒤 외부에서 일정한 속도로 열을 가하는 방식으로 이뤄졌다. 시간에 따른 배터리 온도 변화와 가스 분출·화염 발생 여부, 열폭주 발생 양상, 화재 시 열방출률 등을 측정했다.
그 결과 평균 잔존 전압이 3.45V인 조건에서는 열폭주가 발생하지 않고 오프가스 발생과 전해액 누출만 관찰됐다.
반면 평균 잔존 전압이 3.94V 이상인 조건에서는 배터리 온도가 급격히 상승하면서 화염을 동반한 열폭주가 발생했다. 사용이 끝난 배터리라도 내부에 전기에너지가 일정 수준 남아 있으면 외부 열에 의해 화재로 이어질 수 있다는 의미다.
열폭주가 발생하지 않은 조건에서도 가스 방출과 전해액 누출이 확인됐다. 폐배터리를 수거하거나 보관할 때 잔존 에너지뿐 아니라 주변 열원 등을 고려한 안전관리가 필요하다고 연구원은 설명했다.
국립소방연구원은 이번 실험에서 확보한 영상과 연구 결과를 폐리튬이온배터리 수거·보관 및 재활용 시설 관계자를 대상으로 한 안전교육과 홍보자료에 활용할 계획이다.
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김연상 국립소방연구원장은 "이번 연구는 사용이 끝난 폐배터리라도 남아 있는 전기에너지와 외부 열에 의해 화재위험이 나타날 수 있음을 실험적으로 확인했다"며 "연구 결과가 폐배터리 취급 현장의 화재예방과 안전관리 인식 향상에 도움이 될 수 있도록 관련 자료를 공유해 나가겠다"고 말했다.
