▲ 소방관들이 경북 군위군 우보면 신곡리의 한 태양광 발전시설 에너지저장장치에서 발생한 화재를 진압하고 있다.     ©의성소방서 제공

[FPN 최누리 기자] = 강화액 소화약제가 리튬이온배터리의 열폭주 전이 방지 효과에 뛰어나다는 주장이 나왔다.

한국미래기술교육연구원(대표 박희정)은 지난 15일부터 이틀간 서울 전경련회관 사파이어홀에서 ‘2023 전기차 배터리 산업 전망과 안정성 확보 기술’ 세미나를 온오프라인으로 개최했다.

발제자로 나선 박문우 한국화재보험협회 방재시험연구원 책임연구원은 ‘파우치형 리튬이온전지의 제조 기술 동향과 열폭주 전이 방지 기술’을 주제로 발표했다.

박 책임연구원에 따르면 방재시험연구원에선 셀ㆍ모듈ㆍ랙 단위 리튬이온배터리를 대상으로 소화약제별 열폭주 확산 방지 효과를 비교하기 위한 실험을 진행했다.

UL 9540A 기준을 준용한 셀 단위 실험에선 열폭주 시 소화약제 미분사 방식(배터리 용량 30ㆍ72.5ㆍ100Ah)과 소화약제 분사 방식(배터리 용량 30ㆍ30ㆍ72.5ㆍ100Ah) 등 총 7번으로 나눠 진행됐다. 챔버에 100% 충전된 파우치형 리튬이온배터리 셀 2~3개를 설치하고 플레이트 히터로 열폭주를 유도하면서 주변 셀로 열폭주가 확산되는지를 살폈다.

미분사 방식의 실험에선 이벤트 셀에서 열폭주가 발생한 후 모든 셀로 확산됐다. 강화액 소화약제 분사 방식에선 100Ah 셀 모두가, 30ㆍ72.5Ah는 각각 2개, 1개에서 열폭주가 발생했다. FK-5-1-12 할로겐화합물(노벡) 소화약제의 경우 30Ah 셀 3개 중 1개만 열폭주 현상이 나타났고 주변 셀로의 확산은 없었다.

박 책임연구원은 “실험 결과 배터리 용량이 클수록 높은 열 방출률을 보였다”며 “30Ah 셀 실험에서 강화액 소화약제는 방출 시점부터 셀 온도가 떨어졌고 노벡 소화약제의 경우 온도가 순간적으로 감소했지만 이후 다시 상승했다”고 말했다.

UL 9540A 기준을 준용한 모듈 단위 실험에선 파우치ㆍ각형 배터리에 열폭주를 일으킨 뒤 10분간 소화약제(노벡, 침윤제, 수계, 강화액)를 분사하는 방식으로 진행됐다.

박 책임연구원이 공개한 실험 결과를 살펴보면 노벡 소화약제의 경우 화염을 순간적으로 제거하는 데는 효과가 뛰어났지만 소화약제 방사 종료 후 4분 20초가 지난 시점부턴 열폭주가 다시 시작되면서 주변 셀로 확산됐다.

침윤제 소화약제는 부촉매ㆍ냉각 효과가 낮아 소화약제 방사 종료 이후 50분이 지난 시점에서 다시 열폭주가 일어났다. 

수계의 경우 연쇄반응 차단 효과는 낮았다. 하지만 소화 후 14개 셀 중 4개에서 열폭주가 발생하지 않았다. 강화액 소화약제는 부촉매와 냉각 효과가 우수해 14개 셀 중 8개에서 열폭주가 발생하지 않았다. 

박 책임연구원은 “수계와 강화액 소화약제는 냉각ㆍ부촉매 효과를 보여 외부 화염에 의한 열전달 차단 성능이 우수하다는 걸 확인할 수 있었다”면서 “소화약제 분사 시 냉각 속도를 비교한 결과 강화액, 물, 침윤제, 노벡 순으로 나타났고 강화액은 물보다 약 두 배 가량 냉각 속도가 빨랐다”고 했다.

또 “랙 단위 실험은 소방청 공고 제2021-101호 제21조 열폭주 진압 성능 기준을 준용하면서 충전율 100%인 모듈 3개를 묶은 랙을 대상으로 했다”며 “중앙 모듈에 열폭주가 발생하면 자동으로 강화액 소화약제가 분사되는 방식과 상부 모듈까지 열폭주가 퍼진 이후 수동으로 강화액 소화약제를 분사하는 방식으로 진행했다”고 전했다.

그러면서 “자동 소화약제 분사 방식에선 실험 35분 후 이벤트 모듈에서 열폭주가 발생한 뒤 40초가 지난 시점에서 강화액 소화약제를 분사했다. 그 결과 상ㆍ하부 모듈로 열폭주가 전이되지 않았다”며 “수동 소화약제 분사 방식의 경우 이벤트 모듈에서 발생한 열폭주로 인해 모든 셀이 전소됐지만 상부 모듈에선 일부 셀만 열폭주가 발생했다”고 밝혔다.

발표 이후 질의응답 시간도 이어졌다. 박 책임연구원은 “원통형과 각형, 파우치형 중 열폭주 전이 방지가 어려운 형태”를 묻는 질문에 “파우치형은 셀과 셀 간 접촉면이 많아 열폭주 시 열전도나 복사열로 인한 온도 상승 요인이 컸다”며 “각형 또는 원통형 배터리의 경우 신속히 열폭주를 감지해 소화약제를 분사한다면 방지할 수 있을 것으로 보인다”고 답했다.

또 “강화액 소화약제의 종류와 적응성이 높은 제품”에 대한 질문엔 “강화액 소화약제의 경우 각각의 조성비가 달라 특정 제품을 설명하기엔 한계가 있다”고 했다. 

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr  

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