[火 난 배터리]②'열폭주' 멈출 대응 기술개발 분주

주행거리 늘리려면 고용량 배터리 필수
화재 위험성 낮출 기술개발 매진

[아시아경제 오현길 기자] 아이오닉 6은 미국에서 1회 완전충전 후 가장 주행거리가 긴 전기차(581km)로 인증받았다. 테슬라의 모델3(576㎞)을 능가하면서 상반기 출시를 앞두고 흥행을 예고했다. 아이오닉 6의 배터리 용량은 77.4kWh다. 4인 가족 월평균 전기사용량 307kWh 기준으로, 아이오닉 6 배터리로 가정집에서 사용하는 전기를 일주일 가량 공급할 수 있다.

전기차의 주행거리를 늘리기 위해서는 고용량의 배터리가 필수적이다. 배터리의 용량이 커지는 것은 그 속에 잠재된 에너지가 많아진다는 의미다. 만일 화재가 발생하면 대형 사고로 이어질 수밖에 없다.

현재의 기술 수준으로는 대규모 에너지를 가진 배터리에 화재의 위험이 따라다닐 수밖에 없다는 게 배터리업체들의 설명이다. 이들이 배터리 화재를 방지하기 위한 기술개발에 매진하고 있는 이유다.

전기차 배터리 화재의 이유로는 외부충격이나 과충전, 제조 불량 등이 꼽힌다. 사고 등으로 인해 강한 외부 충격이 발생할 경우 배터리셀의 양극과 음극을 분리하는 분리막이 손상되면서 전극 간 합선이 발생하고, 이로 인해 열과 스파크가 일면서 화재가 발생할 수 있다.

전기차 화재에 있어서 '열폭주 현상'은 치명적이다.

배터리팩이 손상되면서 내부 온도가 순식간에 800도 이상 치솟으며 불이 번지는 현상을 말한다. 내부 온도가 높기 때문에 배터리에 화재가 발생하면 진화가 매우 어렵다. 기껏 불을 잡았는데 다시 불이 붙는 경우도 있다. 배터리에 정해진 용량을 넘어서 충전이 됐을 때도 배터리 내부의 전해질의 온도가 상승해 분리막이 녹으면서 화재가 일어날 수 있다

이에 배터리 업체들은 안전성을 높인 배터리 셀과 팩 기술을 연구 중이다. 셀 단위에서 화재가 발생하지 않도록 만들고, 팩은 화재 확산을 억제할 수 있도록 만드는 게 핵심이다.

SK온은 셀 분리막을 낱장으로 자르지 않고 양극, 음극 사이를 오가며 지그재그로 소재를 감싸는 Z폴딩 방식을 사용하고 있다. 수백장의 양극과 음극이 쌓이는 과정에서 미세한 뒤틀림이 생기더라도 분리막이 양극과 음극의 접촉을 차단하기가 쉽다. 또 배터리 셀 하나에서 화재가 발생하더라도 주변으로 화재가 번져나가지 않도록 하는 팩 기술도 연구 중이다.

삼성SDI도 방열 성능을 향상한 배터리팩 특허를 출원했다. 배터리 셀 사이에 서로 높이가 다른 히트 파이프를 탑재하는 방식으로, 냉각 공기에 의한 방열과 히트 파이프에 의한 방열이 가능해져 열 차단 성능을 높이는 원리다.

LG화학은 열에 의한 변형을 방지하는 난연 엔지니어링 플라스틱 소재를 개발했다. 내열성이 뛰어나 전기차 배터리 팩 커버에 적용 시 일반 난연 플라스틱 대비 긴 시간 동안 열을 차단할 수 있다. 자체 테스트 결과 1000도에서도 400초 이상 열폭주에 의한 화염 전파를 방지했다.

정부도 지난달 전기차 화재 대응을 위해 배터리 업체들과 민·관 합동 TF(태스크포스)를 구성하고, 충돌 등 비상 상황 발생 시 차량 문 열림 등 비상탈출장치나 화재 가능성을 낮출 수 있는 방안 등을 논의키로 했다.

오현길 기자 ohk0414@asiae.co.kr