뉴스를 보면 배터리 화재에 대한 소식을 심심찮게 만날 수 있다. 배터리 화재는 어떻게 발생하고 이를 위한 안전장치들은 어떤 게 있을까?
2차전지가 에너지를 충방전하는 원리는 양극과 음극 물질 간의 간접 반응으로 인한 전기 화학반응 에너지를 활용하는 것이다. 이때, 양극과 음극 물질이 직접 접촉하게 되면 급격한 반응 에너지 변화 차이에 의해 쇼트가 발생하고 이로 인해 화재로 이어진다.
특히, 외부 충격, 과열, 과충전 등의 이유로 배터리 셀의 분리막이 파괴되면 양극과 음극의 직접 반응으로 인한 단락 현상이 발생하게 된다. 그리고 이러한 분리막 손상으로 이한 화재를 방지하기 위해 다음과 같은 안전장치들이 적용된다.
1. Vent (가스 배출 장치)
분리막이 파괴되고 양극과 음극이 직접 반응하면 온도가 상승하며 가스가 배출된다. 배터리 셀 내부에 이러한 가스가 누적되면 압력이 상승하고 높은 압력으로 팽창된 셀은 더 큰 화재 위험을 가지게 된다.
이를 위해 배터리 셀에 가스 배출구인 Vent를 적용하여 화재 발생 시 원하는 방향대로 가스 배출을 유도함으로써 가스로 인한 셀 내부의 압력 상승 방지할 수 있다.
2. OSD, Overchaging Safety Device (과충전 방지 장치)
OSD는 배터리 외부와 내부의 에너지 흐름을 단락시켜 화재 위험을 방지하는 장치이다. 배터리가 과충전 되거나 외부 충격과 같은 요인으로 인해 셀 내부의 압력이 상승하면 셀 외벽에 있는 캡이 위로 팽창하게 되고, 외부와 내부의 전기 회로를 격리시킨다. 이로 인해 외부의 전류가 문제가 발생한 배터리 셀로 들어오지 못하게 한다.
3. Fuse (단락 차단 장치)
Fuse는 문제가 있는 배터리 셀로는 전류가 흐르지 않고 정상적인 배터리 셀로만 전류가 흐르게 함으로써 특정 셀에서 발생하는 문제가 다른 셀로 연쇄 반응을 일으키지 않도록 도와준다. 일종의 방화벽 역할을 하는 것이다.
4. 첨단 약품 및 특수소재
마지막으로 소재 기술을 활용한 안전 장치가 있다.
배터리 셀을 구성할 때 충겨고가 열에 강한 소재를 적용하여 화재의 위험성을 줄일 수 있다. 또한, 모종의 이유로 인해 배터리 셀 내부에 열이 발생하더라도 이러한 열이 더 이상 확산되지 않도록 하는 소재 또한 적용할 수 있다.