위험한 폐리튬이온배터리…잔존 전압 3.94V 넘으니 ‘열폭주’

원통형 리튬 폐배터리 열적 남용 실험
전압 따라 화재 발생 양상 달라

다 쓴 폐리튬이온배터리라도 내부에 일정 수준 이상의 전기에너지가 남아 있다면 외부 열에 노출됐을 때 격렬한 열폭주와 화재를 일으킬 수 있다는 실증 분석 결과가 나왔다.

소방청 국립소방연구원은 폐리튬이온배터리의 잔존 전압에 따른 화재 위험 특성을 확인하기 위해 열적 남용 실험을 진행한 결과, 일부 전압 조건에서 화염을 동반한 열폭주 현상을 확인했다고 10일 밝혔다.

폐리튬이온배터리는 기기 사용이 종료된 뒤에도 내부에 잔여 전기에너지가 남아 있어 수거, 보관, 운반 및 재활용 처리 과정에서 화재 발생 위험이 크다. 실제로 2024년 1월 경기 평택시의 폐배터리 재활용 업체 파쇄 공정과 2020년 4월 경북 고령군의 폐배터리 처리 업체 분리 공정에서 화재·폭발 사고가 발생해 진화에 어려움을 겪은 바 있다.

이에 연구원은 수거된 원통형 폐리튬이온배터리를 잔존 전압별로 분류한 뒤, 외부에서 일정한 속도로 열을 가하는 열적 남용 실험을 진행했다. 실험을 통해 시간에 따른 온도 변화, 가스 분출 및 화염 발생 여부, 열폭주 양상, 화재 시 열방출률 등을 정밀 비교·분석했다.

실험 결과 폐배터리는 평균 잔존 전압에 따라 극명한 반응 차이를 보였다.

평균 잔존 전압이 3.45V인 조건에서는 열폭주 없이 오프가스(off-gas) 방출과 전해액 누출만 나타났다. 반면 평균 잔존 전압이 3.94V 이상인 조건에서는 배터리 온도가 치솟으며 화염을 동반한 격렬한 열폭주가 발생했다.

연구원은 사용이 끝난 폐배터리라도 전압이 일정 수준 이상 남아 있다면 외부 열원에 의해 대형 화재로 이어질 수 있음을 실험으로 입증했다고 설명했다. 아울러 열폭주가 발생하지 않은 저전압 조건에서도 가스 분출과 인화성 전해액 누출이 확인된 만큼, 보관 및 수거 단계 전반에서 잔존 에너지와 주변 열원을 철저히 통제하는 안전관리가 필수적이라고 지적했다.

국립소방연구원은 이번 실험 영상과 데이터 분석 결과를 폐리튬이온배터리 수거·보관 및 재활용 사업장 관계자를 위한 안전교육 교재와 홍보자료로 제작해 현장에 배포할 계획이다.

김연상 국립소방연구원장은 "연구 성과가 현장 취급 시설의 화재 예방과 안전관리 인식 개선에 실질적으로 기여할 수 있도록 관련 정보를 적극 공유하겠다"고 말했다.

유병돈 기자 tamond@asiae.co.kr