리튬이온 배터리는 일차전지인 리튬배터리와 달리 리튬이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해서 전기가 저장된다.
전자 제품의 이차전지로 충전용 배터리가 많이 사용하고 있지만 실제로는 전기차, 에너지저장장치(ESS)용 중대형 전지에도 널리 쓰이고 있다. 이 뿐만 아니라 전동 킥보드, 전동 스쿠터, 전동 카트(골프장, 한국야쿠르트 등), 장애인 전동 휠체어, 전동공구, 전기 지게차, 무선청소기, 캠핑용 보조배터리 등에도 충전용 배터리가 사용 중이다.
문제는 이 같은 배터리 화재시에 이를 진압하는 방법이 마땅치 않다는 점이다. 배터리에서 화재가 발생하면 내부 온도가 순식간에 1000℃ 이상 치솟으며 화재가 급격히 확산 하는 '열폭주 현상'이 발생하게 된다. 리튬이온 배터리에 기계적(충격)·전기적·열적 등의 작용이 가해지면 분리막의 손상이 생기고 이어서 이온의 극심한 화학반응이 생겨 1000℃ 이상 온도가 치솟는 열폭주 현상이 발생한다.
이와 동시에 연기와 독성, 자체적인 산소발생 및 가연성(폭발성) 가스가 지속적으로 발생하기에 접근이 쉽지 않아 화재 진압이 어렵다. 리튬이온 배터리 셀에서 열폭주가 발생하면 급격하게 온도가 상승하고 다른 셀로 열폭주가 전이 및 계속 이어진다는 점에서 화재 확산이 빠르기 때문이다.
리튬이온 배터리 내에 있는 리튬은 금속으로 존재하는 것이 아니라, 전해질(액체) 내 리튬산화물로 존재 한다.
일반적으로 일차전지 리튬배터리인 리튬금속은 물과 반응해 급속한 연소반응이 일어나는 금속화재이지만 이차전지인 리튬이온배터리의 리튬이온(산화물)은 물과 반응이 일어나지 않는다.(연소반응이 없다.)
금속화재에 사용하는 D급 소화기가 마치 리튬이온 배터리 화재에 탁월한 효과가 있는 것처럼 무분별하게 홍보되면서 혼선을 가중시켜 주의가 필요하다. 우리나라에는 아직 D급 소화기에 대한 기술기준조차 제정되지 않은 상태다. 시중의 위법 D급 소화기는 금속화재 적응성도 전혀 검증되지 않았다.
D급 소화기는 법적으로 소화기라는 명칭을 사용할 수 없다. 소화기라는 명칭을 사용하기 위해서는 한국소방산업기술원(KFI)에서 적법한 시험을 거쳐 형식승인을 받아야 하며 제조원에서 출고 전 다시 한번 KFI의 검사요원이 전수 검사를 한 후 KC마크(검사필증)을 제품에 붙여야만 정식 소화기로 출시 및 판매가 가능하다. 따라서 D급 소화기가 아니라, D급 소화장치라고 하는 것이 맞는 사실이다.
전기차 등 배터리 화재에 대한 위험성이 알려지면서 화재 대비책을 고심하는 곳이 늘자 인터넷 등에선 D급 소화기가 배터리 화재진압에 효과가 있다는 가짜정보가 무분별하게 퍼지고 있다. 심지어 지자체나 공공기관, 소방당국에서도 전기차 충전기 설치 시 D급 소화기 비치를 권고하는 일이 벌어지고 있다.
문제는 적법한 D급 소화기라도 리튬이온배터리 화재에 대한 적응성이 전혀 없는 상태로 국민에게 혼선만 주고 있는 상태다.
리튬이온 배터리 화재 진화 방법에 대해서는 소방 전문가마다 다른 의견을 내놓고 있다.
테슬라의 리튬이온 배터리 비상대응 지침에 따르면 CO2·할론 등의 가스소화약제, 건조 화학 억제제는 리튬이온 배터리를 냉각시키지 못하며 셀 열폭주 반응도 막을 수 없다고 한다. 또 LITH-X, 흑연 분말 또는 구리 분말 같은 금속화재 진압제는 효과적이지 않기 때문에 리튬이온 배터리 팩과 관련된 화재 진압에 적합하지 않다. 리튬이온 배터리는 재발화 가능성이 높기 때문에 수시간에서 최대 24시간까지 재발화를 막아야 하므로 냉각을 시켜야 하고 이때는 물을 사용해야 한다고 한다.
지멘스의 전기차 주차장 화재 안전백서에서는 리튬이온 배터리 화재의 정확한 진화방법은 냉각이라고 하며, 일반적인 스프링클러의 물 분사보다 고압의 워터미스트 분무가 가장 이상적인 조치라고 한다. 고압의 워터미스트 분사방식은 배터리실 화재를 진압하는 데 필요한 소화수의 양을 최대 100배 줄일 수도 있다.
네이처에 실린 논문에도 리튬이온 배터리 화재에 가장 적절한 것은 물을 사용하는 것이며, 가장 선호되는 소화제로 워터 스프레이를 꼽았다.
국내 국립소방연구원 전기차화재 대응 가이드에서는 리튬이온 배터리 화재를 소화하기 위해서 주수소화(냉각소화)가 적절하다고 분석했으며, 전기차 충전구역과 소화기는 5m 이상 이격된 위치에 설치해야 한다고 권고하고 있다.
리튬이온 배터리 화재는 단순히 전기자동차와 ESS만의 문제가 아니라, 기타 UPS, 골프 전동카트, 전동킥보드, 전동지게차 등 모든 분야에서 문제가 되고 있다.
현재 리튬이온 배터리화재를 진화가능하다고 하는 무분별하고 형식승인서도 받지 않은 불법적인 제품이 온·오프라인에서 난립하고 있으며, 일부 공공기관들도 리튬이온 배터리 화재에 대한 적응성이 없는 승인받지 않은 제품을 권하는 해프닝이 벌어지고 있는 현실이다.
해외논문이나 국내외 소방전문가들이 이야기하는 해결방법의 하나는 배터리 화재 초기성상이 전기화재(C급 화재)이므로 냉각작용과 전기화재 적응성 있는 액체소화약제이고 화재확산 이후에는 대량의 물로 소화하는 방법을 권장하고 있다.
따라서 정부 및 유관부처에서는 리튬이온 배터리화재에 적응성 있는 소화기, 소화장치 및 소화설비 등의 인증 제품만을 설치할 수 있도록 제도 보완이 필요하다.
이재환 리 모빌리티 대표 leemobi1@naver.com
〈필자〉 IT융합 공학박사로 전기차 및 전기 화재 진압 관련 특허를 다수 보유하고 있다. 플레어 기업부설연구소장과 쓰리축코리아 연구소장을 거쳐 송호대 IC융합과 학과장과 산학협력단장을 지냈다. 성광유니텍 기업부설연구소 팀장과 티앤테크 기술이사, 대전테크노파크 기술사업화 담당을 거쳐 현재 전기차 화재진압 시스템을 연구개발하는 리 모빌리티 대표를 맡고 있다.