By Reece Rogers, WIRED US

리튬이온 배터리 화재는 무시무시할 정도로 심각해질 수 있다. 중고 스마트폰을 종종 수리하고는 하는 필자는 수명이 다한 리튬이온 배터리를 장착한 아이폰 화재 위험성을 없앴다. 지금 당장 주머니에 보관 중인 스마트폰 배터리 종류는 전기차 배터리 종류와 같다. 단, 전기차 배터리가 더 많은 에너지를 보관한다는 점이 유일한 차이점이다. 따라서 일부 소방관은 도로에서 사고가 발생한 뒤 전기차 배터리가 불에 타면서 방출하게 되는 폭발 위험성이 높은 전기차 불꽃 진압 방법을 특별히 교육받는다.

전기차 관련 뉴스를 접한 적이 있다면, 배터리 화재 사고가 증가하는 추세라는 내용의 겁을 먹을 만한 기사를 여럿 접했을 수도 있다. 최근, 미국 연방교통안전위원회(US National Transportation Safety Board)와 캘리포니아 고속도로 순찰대(California Highway Patrol)는 테슬라 세미트럭이 나무에 충돌한 뒤 발생한 화재 사고를 조사한다고 발표했다. 테슬라 세미트럭에 장착된 리튬이온 배터리는 화재 발생 약 4시간 만에 진압되었다.

전기차 화재 사고 소식을 접한 뒤 개인용 전기차를 잠재적 화재 위험성이 큰 차량으로 우려해야 할까? 그렇지 않다. 가스 차량이 전기차보다 화재로 이어지는 불꽃 발생 위험성이 더 크다는 점을 우려하는 것이 더 타당하다. 전기차는 기존 교통수단보다 화재 진압 확률이 더 적기 때문이다.

매튜 맥도웰(Matthew McDowell) 조지아공과대학 첨단 배터리 센터 공동 소장은 “배터리 제조 결함 때문에 발생하는 화재는 매우 드물다. 특히, 전기차는 배터리 관리 시스템도 갖추었기 때문에 화재 사고가 매우 드물다”라고 주장했다. 차량 소프트웨어는 전기차 배터리를 아우르는 다양한 셀을 꾸준히 감독하고는 배터리가 한계치를 넘어선 성능을 실행하는 일을 막는다.
 
전기차 화재 발생 과정은?
충돌 사고 도중 전기차 배터리가 손상된다면, 이른바 열 폭주 현상과 함께 화재가 시작된다. 전기차 배터리는 단단한 벽돌 하나와 같은 모습으로 구성된 것이 아니다. 배터리가 셀이라는 작은 배터리 여러 개의 집합체가 되어 서로 압력을 가하는 모습이라고 생각해 보아라. 열 폭주 도중 특정 셀에서 초기 불꽃처럼 빛이 발생하는 화학 반응이 있으며, 전기차 배터리 전체가 불에 타기 전까지 가까운 셀로 즉시 열이 전달된다.

그레그 레스(Greg Less) 미시간대학교 배터리 연구소 소장은 전기차 배터리 화재를 사고와 제조 결함 두 가지 다른 요인으로 구분했다. 레스 소장은 배터리 펑크로 발생한 충돌은 잘못된 충전 습관이 시작이라고 본다. 그는 “하지만 충돌 사고를 전기차 배터리 화재 원인일 가능성에서 제외하고자 한다. 대부분 차량 종류를 떠나 사고가 발생한다면, 화재 발생 위험성이 있다는 사실을 이해한다고 생각하기 때문이다”라고 말했다.

전기차 배터리 화재 모두 정확한 원인을 밝히기 어렵지만, 제조사 결함이 원인이 된 화재 사고는 임의적 확률로 발생한다는 점에서 소비자가 더 우려할 만한 사고 원인에 해당한다. (배터리 화재 위험성 문제가 원인이 된 삼성 갤럭시 노트7 리콜 사태를 생각해 보아라.) 전기차 배터리 제조 결함이 화재 원인이 될 확률은 얼마나 낮고, 임의의 순간에 사고가 발생한다고 느낄 만한 요인은 무엇인가?

모두 배터리 설계 방식에 달려있다. 레스 소장은 “문제가 발생하여 셀 결함 원인이 되는 수준의 엔지니어링이 어느 정도 존재한다. 이후 배터리에서 열이 발생하기 시작한다. 열은 액체 전해물질 증발 원인이 되어 셀 안의 가스를 생성한다. 열이 충분히 생성되면, 화재와 폭발이 발생한다. 이후 다른 셀로도 위험이 확산된다”라고 말했다. 이와 같은 결함은 인천 어느 한 아파트 주차장에서 차량 140여 대에도 피해를 준 사례로 널리 알려진 전기차 배터리 화재 사고의 원인이 되었다.

내 전기차에서 화재 발생 시 어떻게 대응해야 하나?
국가 화재예방국(National Fire Prevention Agency)은 운전 중인 전기차에서 화재가 발생했다면, 즉시 안전하게 정차할 방법을 찾고는 차량이 주요 도로와 먼 곳에 멈추도록 해야 한다고 안내한다. 이후 엔진을 끄고, 차량 탑승자 모두 즉시 차량에서 내리도록 해야 한다. 개인 소지품을 챙기느라 시간을 허비해서는 안 된다. 화재 발생 즉시 차에서 내려야 한다. 화재가 발생한 차량에서 100피트(30.48m) 이상 떨어진 곳으로 대피하고는 화재 신고를 해야 한다.

또, 직접 화재 진압에 나서서는 안 된다. 전기차 화재는 화학 반응이 발생한 화재 사고이므로 물을 이용해도 불꽃 진압 효과가 크지 않을 것이다. 전기차 배터리 화재 진압 시 최초 대응자는 가스 차량 화재보다 10배 이상 더 많은 물을 사용해야 한다. 간혹 소방관은 즉시 물로 전기차 화재를 진압하는 것보다 배터리 전체가 불에 탈 때까지 기다리는 방법을 택할 수도 있다.

전기차 배터리 화재 발생 시 초기 화재가 끝난 뒤 화학적 반응에 따른 화재가 발생할 수도 있다. 한 번 화재가 발생한 배터리에서 며칠 뒤 또다시 화재 사고가 발생할 수도 있다. 연방교통안전위원회 조사관이자 생체역학 엔지니어인 토마스 바스(Thomas Barth)는 이메일로 보낸 성명문을 통해 “소방관과 차량 복구 전문가 혹은 견인 기업 등 2차 대응자도 배터리 손상이 없는 부분에 에너지가 남아있을 가능성을 인지할 필요가 있다. 화재 후 배터리에 남은 에너지는 전기 충격 위험성을 제기하거나 2차 화재 원인이 될 수 있다”라고 설명했다.

화재가 발생한 전기차의 불꽃이 어느 정도 진화되거나 잠시 사라지면, 차량으로 돌아가 지갑이나 귀중품을 챙기려는 충동이 들 수도 있으나 충동을 억눌러야 한다. 소방차가 사고 현장에 도착하여 전체 상황을 파악한 뒤 모든 사고 상황을 정확히 설명하기 전까지 화재가 발생한 차에 가까이 다가가서는 안 된다. 사고 차량에서 멀리 떨어져 있을 때 배터리 화재로 방출된 유해 불꽃으로 호흡할 위험성을 최소화할 수 있다.

전기차 배터리, 안전한 상태로 보관하려면?
필자의 취재에 응한 전문가 두 명 모두 신속한 리콜과 결함 위험성이 있는 리튬이온 배터리 교체 외에도 전고체 배터리가 전기차 안전성을 향상할 가능성에 관심을 보였다. 맥도웰 소장은 “전고체 배터리는 리튬이온 배터리보다 열 안정성을 훨씬 더 높일 수 있다. 극심한 열이 발생하더라도 꽤 안정적인 상태를 유지할 수 있다”라고 설명했다. 전고체 배터리에서는 액체 전해 물질이 배터리 셀의 일부분이 되지 않으므로 배터리 설계의 폭발 요소 대부분 제거할 수 있다.

이미 일부 소형 전자기기에 전고체 배터리가 적용되었다. 그러나 대형 전고체 배터리를 대량 생산하는 작업은 전기차 제조사가 앞으로도 극복해야 할 과제가 될 것이다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
How Electric-Vehicle Battery Fires Happen—and How You Should React