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과학과 놀자

'배터리 열 폭주' 땐 연쇄 폭발, 대형 화재 위험 커

최근 전기차 보급이 증가하면서 화재 사고가 늘어나고 있다. 지난 8월 청라아파트 지하 주차장 화재 등 잇따른 피해에 안정성에 대한 우려의 목소리도 함께 커지고 있다.전기차가 내연기관차보다 화재가 더 잘 일어나는 것은 아니지만 문제가 되는 것은 내연기관차와 달리 화재 발생 시 진압이 어렵다는 것이다. 전기차는 내연기관차보다 화재 진압에 8배 더 많은 시간이 걸리고, 소요 인력도 2.5배나 더 필요하다. 또 화재 진압 시 사용되는 물의 양도 내연기관차는 1톤인 데 비해, 전기차는 110톤이나 든다.그 이유는 전기차의 리튬이온 배터리에 있다. 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동하면 충전되고, 반대로 음극에서 양극으로 이동하면 전기가 만들어진다. 그런데 제조 과정상 결함, 과충전이나 과방전, 외부 충격 등으로 배터리 내부 온도가 상승하면 분리막이 손상되며 화재가 일어날 수 있다. 원래 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단하고 리튬이온만 통과시키는 역할을 하는데, 분리막이 손상되면 양극과 음극이 직접 만나 다량의 리튬이온이 한꺼번에 이동하며 격렬한 반응이 일어나는 쇼트 현상이 발생한다. 이때 양극재로 금속산화물이 사용되는데, 열에 의해 양극재가 분해되면 금속산화물의 부반응으로 산소 기체가 발생해 발열을 더 가속한다. 이온의 이동을 돕는 전해액 또한 기화되면서 가연성물질이 나오고, 순식간에 1000℃ 이상으로 온도가 상승한다. 이렇게 배터리 내부의 온도가 제어할 수 없을 정도로 올라 폭발하는 것을 ‘열 폭주 현상’이라고 한다. 바로 이 열 폭주 현상 때문에 전기차는 불이 났을 때 진압하기가 어렵다.게다가 전기차에 들어가 있는 배터리는 수백 개의 배터

경제 기타

배터리 분리막 손상 땐 양극·음극 부딪혀 열폭주

우리 주변에서 전기차는 이제 너무나 쉽게 볼 수 있게 됐습니다. 최근 한 아파트 지하 주차장에서 전기차 화재가 발생하며 막대한 재산 피해를 야기했지요. 이 문제로 전기차에 대한 대중적 공포가 높아졌습니다. 전기차 화재는 주로 어떤 이유 때문에 발생하는지, 비문학 기술 관련 지문을 대비해 알아보도록 할게요. 또 전기차 화재를 이유로 규제를 강화하는 문제도 함께 생각해볼 문제입니다. 배터리에 불붙는 이유멀쩡하던 배터리가 왜 갑자기 터지듯 불붙는 걸까요. 이 문제를 이해하려면 우선 2차전지라 불리는 리튬이온 배터리에 대한 기본적 이해가 필요합니다. 전지는 전자의 이동으로 나타나는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치입니다. 어떤 물질은 전자를 내보내고 싶어 해요. 또 어떤 물질은 전자를 얻고 싶어 하죠. 전자를 ‘양극재’, 후자를 ‘음극재’라고 합니다. 양극재에 있던 전자는 음극재가 있던 음극으로 이동해요. 그런데 그 높이가 다릅니다. 이를 ‘전위’라고 하는데, 높은 곳에서 물이 떨어지면 위치에너지를 얻듯 전자도 위치 변화에 따라 전기에너지를 발생시켜요.전위차가 높으면 전압도 높아집니다. 그만큼 에너지가 세다는 얘기죠. 양극에서 한번 음극으로 넘어간 전자는 이미 에너지를 발생시켰죠. 충전을 통해 음극에 있던 전자를 다시 양극으로 옮겨 재사용이 가능하도록 한 게 바로 2차전지, 우리가 말하는 전기차 배터리입니다. 리튬이라는 소재를 이용해 가능하도록 해요. 리튬 같은 알칼리성 금속은 전자를 쉽게 내주는 특성을 지니고 있어요. 다시 외부의 전기에너지(충전)가 들어오면서 전자를 양극 쪽으로 이동시키게도 하죠. 왔다 갔다