전자기기 배터리 탑재로 무선시대 활짝 열려
높은 에너지밀도로 화재, 폭발 위험성까지 커져
한번 불 붙으면 끄기 어려워, 최대한 격리 보관해야
사물인터넷(IoT)은 모든 전자기기에 인터넷이 적용되면서 온라인으로 컨트롤할 수 있는 생활을 뜻한다. IoT에 이어 최근에는 BoT가 주목받고 있다. BoT는 Battery of Things의 준말로 전자기기에 배터리가 탑재되 전원코드를 꼽지 않고도 긴 시간동안 기기를 사용할 수 있는 무선시대를 뜻한다. 캠핑장에서 무선 스피커로 음악을 듣고, 영화도 보며, 추우면 난방까지 할 수 있다. 건설현장에서는 무선공구로 장소 구애 없이 어디에서나 손쉽게 볼트를 조이고 풀 수 있다.
현존 배터리 가운데 가장 성능이 좋은 리튬이온배터리가 대량 생산되면서 BoT 시대는 계속 확장되고 있다. 배터리의 성능이 좋다는 것은 에너지밀도가 높다는 뜻이다. 하지만 높은 에너지밀도는 그만큼 화재, 폭발 위험성을 갖고 있다.
실제로 리튬이온배터리가 탑재된 전기차, 킥보드, 휴대폰 등에서 화재 또는 폭발사고가 간간히 들려오고 있다. 리튬이온배터리는 한번 불이 붙으면 전소때까지 끌 수 없어 대형 사고로 이어질 수 있다. 그렇기 때문에 실내공간에서 사용에 주의해야 한다.
리튬이온배터리의 특징은 일반적으로 3.6V의 높은 셀 전압을 가지며, 하나의 셀로 배터리를 디자인할 수 있다. 기존의 배터리와 달리 반복적인 충방전에 의한 배터리 용량 손실이 없으며, 충방전 용량 비율이 최고 95%까지 달하는 등 높은 효율을 갖는다. 또한 -40℃~+70℃까지 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있으며, 특히 저온에서의 높은 활동성과 10년 이상의 긴 수명으로 다양한 응용분야에서 폭넓게 사용할 수 있다.
리튬이온배터리는 리튬이온와 전하의 화학적 움직임을 통해 전기를 발생하는 화학에너지 장치이다. 이처럼 화학에너지는 잘만 쓰면 인류에 매우 유용하지만, 기술적 결함 또는 사용자의 잘못된 사용 습관으로 전하 방출이 가속화되면 화학적 에너지가 열에너지로 방출돼 화재 또는 폭발로 이어져 재산 및 인명 피해를 낳을 수 있다.
독일보험협회 산하 화재예방 연구소인 VDS의 'S+S Report International'에 따르면 리튬이온배터리는 충격, 낙하, 눌림 등으로 인한 기계적 손상, 과방전, 과충전, 단락으로 인한 전기적 결함, 내부과열, 외부로부터 이차적 열 방출로 인한 전해질 누설, 화재현상, 폭발반응이 발생할 수 있다.
리튬이온배터리의 과충전은 양극 분해와 높은 발열 반응을 초래한다. 이것은 리튬 셀 내부에서 자체 반응을 일으켜 고온의 가스가 생성되고, 배터리 셀 내부 구성 물질이 외부로 누출된다. 또한 전극 내 금속분자 또는 불순물과 같이 전극 생산과정에서 발생한 결함은 배터리 장기간 사용한 후에 내부적인 전기적 단락을 야기할 수 있다.
리튬이온배터리는 특성상 한번 불이 붙으면 전소때까지 진압이 어렵다. 높은 에너지밀도와 내부에 인화성물질이 들어 있어 폭발 위험이 있다. 또한 배터리 구성물질인 코발트, 니켈, 망간 산화물은 연소 시 유독물질이 다량 발생해 이번 화재와 같이 지하에서 발생하면 소방관 진입 자체가 어렵다.
리튬이온배터리 화재 시 누출되는 코발트 화합물은 25㎎의 적은 양이 피부에 노출되더라도 종양, 심장, 신장의 손상을 일으킬 수 있다. 니켈 화합물은 폐암, 상부 호흡기 기관 장애와 관련이 있다. 전해질은 가연성 유기용제의 혼합물로 구성돼 있어 누출 시 공기와 결합해 폭발 혼합물을 형성하며 전해질에 포함된 불소와 인은 독성가스로 방출돼 피부 및 호흡기 질환을 일으킬 수 있다.
VDS에 따르면 리튬이온배터리에 화재가 발생했을 시 별다른 진압 방법이 없다. 모래 또는 분말 소화약제를 사용해도 냉각효과가 없어 배터리 내부에서 방출되는 열에너지를 효진압할 수 없다. 물은 화재 초기 단계에서 사용될 수 있으나 물과 리튬금속의 반응으로 수소가스가 발생해 수소폭발 반응을 일으킬 수 있다.
현재로선 예방이 가장 최선의 대책이다. 리튬이온배터리는 화재위험을 수반하는 물질로부터 최대한 분리시키고, 무엇보다 배터리 제품을 내화시설 또는 집밖에 두는 것이 안전하다.
또한 배터리가 과충전 또는 과방전으로 열화되는 것을 최대한 막기 위해 충방전율에 안전마진을 두고 사용하는 습관을 들여야 한다.