평택·고령 폐배터리 처리시설 화재 사례도…잔존 에너지와 외부 열원 관리 중요
오래된 보조배터리·충전식 전자기기, 고온·충격 피하고 배출 방법 확인해야
사용이 끝난 리튬이온배터리라도 내부에 전기에너지가 남아 있다면 외부 열에 의해 불이 붙을 수 있다는 사실이 실험을 통해 확인됐다.
충전이 잘되지 않거나 더 이상 사용하지 않는 배터리라고 해서 화재위험까지 사라지는 것은 아니라는 의미다.
소방청 국립소방연구원은 11월 11일 폐리튬이온배터리의 잔존 전압에 따른 화재위험 특성을 분석한 결과, 일부 전압 조건에서 화염을 동반한 열폭주 현상이 발생했다고 밝혔다.
열폭주는 배터리 내부에서 열이 급격히 발생하고 온도가 상승하면서 가스 분출이나 발화 등으로 이어질 수 있는 현상이다. 배터리의 상태와 주변 환경에 따라 화재로 확대될 위험이 있다.
이번 실험에서는 상대적으로 낮은 전압 조건에서 열폭주가 발생하지 않았지만, 가스 방출과 전해액 누출이 관찰됐다.
반면 다른 전압 조건에서는 배터리 온도가 급격히 상승하면서 화염을 동반한 열폭주가 나타났다.
연구 결과는 폐배터리를 수거하거나 보관하고 재활용하는 과정에서 내부에 남아 있는 에너지와 외부 열원을 함께 고려해야 한다는 점을 보여준다.
폐배터리에 열 가했더니…잔존 전압에 따라 다른 반응
국립소방연구원은 수거한 원통형 18650 규격의 폐리튬이온배터리를 잔존 전압에 따라 구분한 뒤, 외부에서 일정한 속도로 열을 가하는 방식으로 실험했다.
18650은 지름 약 18mm, 길이 약 65mm인 원통형 배터리의 규격을 뜻한다. 이러한 형태의 리튬이온배터리는 다양한 전자기기와 배터리팩 등에 사용된다.
연구진은 가열 과정에서 시간에 따른 배터리 온도 변화와 가스 분출, 화염 발생 여부, 열폭주 양상, 화재 시 열방출률 등을 측정·관찰했다.
실험 결과 평균 잔존 전압이 3.45V인 조건에서는 화염을 동반한 열폭주가 발생하지 않았다. 그러나 배터리에서 가스가 방출되고 전해액이 누출되는 현상이 확인됐다.
반면 평균 잔존 전압이 3.94V 이상인 조건에서는 배터리 온도가 급격히 상승하면서 화염을 동반한 열폭주가 발생했다.
이는 사용을 마친 폐배터리라도 내부에 전기에너지가 남아 있을 경우 외부 열에 의해 화재로 이어질 수 있음을 보여준다.
다만 이번 실험은 특정 규격의 폐배터리에 외부 열을 가한 조건에서 진행됐다.
따라서 3.45V 이하의 배터리는 안전하다거나 3.94V 이상이면 반드시 화재가 발생한다고 해석해서는 안 된다.
배터리의 종류와 손상 상태, 충전 상태, 외부 온도 등에 따라 위험 양상은 달라질 수 있다.
또한 국립소방연구원은 이번 발표에서 모든 폐리튬이온배터리에 적용할 수 있는 안전 전압 기준을 제시하지 않았다.
불꽃이 없어도 가스와 전해액 누출 가능성
이번 실험에서 주목할 부분은 열폭주가 발생하지 않은 조건에서도 배터리 내부 물질이 외부로 방출됐다는 점이다.
평균 잔존 전압 3.45V 조건에서는 화염을 동반한 열폭주가 나타나지 않았지만, 오프가스와 전해액 누출이 관찰됐다.
오프가스는 배터리 내부 물질이 열 등의 영향을 받아 분해되면서 외부로 배출되는 가스를 뜻한다.
리튬이온배터리의 전해액에는 인화성 성분이 포함될 수 있으며, 배터리에서 방출되는 가스도 성분과 노출 조건에 따라 화재나 건강상 위험을 일으킬 수 있다.
따라서 눈에 보이는 불꽃이 없다고 해서 손상되거나 과열된 배터리를 안전하다고 판단해서는 안 된다.
특히 배터리가 비정상적으로 뜨거워지거나 부풀어 오르고, 액체가 새거나 평소와 다른 냄새가 발생한다면 사용을 중단하고 주의해야 한다.
이러한 이상 징후는 일반적인 리튬이온배터리 안전관리 차원에서 살펴야 할 사항이다.
이번 국립소방연구원 실험이 가정에서 발생하는 모든 배터리 이상 현상을 조사한 것은 아니다.
평택·고령 폐배터리 처리시설에서도 화재 발생
폐리튬이온배터리의 화재위험은 실제 처리시설 사고에서도 확인된 바 있다.
국립소방연구원에 따르면 2024년 1월 경기 평택시의 폐배터리 재활용 업체에서는 리튬 폐배터리 파쇄 작업 중 화재가 발생했다.
2020년 4월 경북 고령군의 폐배터리 처리 업체에서는 배터리 분리 작업 중 발생한 화재가 연쇄 폭발로 이어져 진화에 어려움을 겪었다.
두 사례는 폐배터리의 처리 과정에서 화재가 발생할 수 있음을 보여준다.
다만 이번 발표에는 해당 사고의 정확한 발화 원인이나 당시 배터리의 잔존 전압 등이 제시되지 않았다.
따라서 두 화재가 이번 실험과 동일한 조건에서 발생했다고 단정할 수는 없다.
폐배터리 재활용 과정에서는 배터리를 분리하거나 이동하고 파쇄하는 등 여러 작업이 이뤄진다.
이러한 과정에서 배터리의 손상 여부와 잔존 에너지, 주변 열원 등을 고려한 안전관리가 중요하다.
오래된 보조배터리·충전식 전자기기도 보관 주의
이번 연구는 폐배터리 수거·보관 및 재활용 시설의 화재위험을 분석한 실험이다. 가정에서 사용하는 모든 충전식 배터리의 화재 발생 가능성을 측정한 연구는 아니다.
그러나 리튬이온배터리가 사용을 마친 뒤에도 에너지를 보유할 수 있다는 사실은 가정에서 오래된 전자기기를 보관하거나 폐기할 때도 참고할 만하다.
스마트폰과 보조배터리, 무선청소기, 충전식 소형 가전제품 등에는 리튬이온배터리가 사용될 수 있다.
사용하지 않는 기기나 배터리는 난방기구 주변, 직사광선이 강한 창가, 고온에 노출되는 차량 내부 등을 피해 보관하는 것이 좋다.
특히 부풀거나 손상된 배터리를 임의로 분해하거나 구멍을 내고, 눌러서 변형시키는 행동은 피해야 한다.
폐배터리를 버릴 때도 배터리 종류에 맞는 수거·배출 방법을 확인해야 한다.
일반 쓰레기와 무분별하게 섞어 버리거나 배터리를 임의로 파손하는 것은 위험할 수 있다.
분리 가능한 충전식 배터리는 해당 제품의 안내와 지역 수거 기준을 확인하고, 배터리가 기기에 내장돼 있어 쉽게 분리되지 않는 경우에는 무리하게 분해하지 않는 것이 좋다.
배터리 단자가 노출돼 있다면 다른 금속 물체와 접촉하지 않도록 주의해야 한다. 구체적인 절연 및 배출 방법은 배터리 종류와 지방자치단체의 수거 지침을 따르는 것이 적절하다.
특히 오래 보관한 배터리가 부풀어 오르거나 손상된 경우에는 일반적인 폐배터리 수거함에 바로 넣기보다 해당 지자체나 수거기관에 안전한 처리 방법을 먼저 문의하는 것이 좋다.
배터리에서 연기나 불꽃이 발생하는 등 화재 징후가 나타나면 무리하게 직접 처리하려 하지 말고 안전한 곳으로 대피해 119에 신고해야 한다.
이러한 생활 안전수칙은 리튬이온배터리의 일반적인 위험 특성을 고려한 것으로, 국립소방연구원이 이번 실험에서 가정용 배터리의 보관·배출 방법을 직접 검증했다는 의미는 아니다.
실험 결과, 폐배터리 취급시설 안전교육에 활용
국립소방연구원은 이번 실험에서 확보한 영상과 연구 결과를 폐리튬이온배터리 수거·보관 및 재활용 시설 관계자를 위한 안전교육과 홍보자료로 활용할 계획이다.
폐배터리는 수거부터 보관, 운반, 분리, 재활용에 이르기까지 여러 단계를 거친다.
사용이 끝났다는 이유만으로 내부 에너지가 모두 사라졌다고 판단하면 작업 과정에서 발생할 수 있는 위험을 놓칠 수 있다.
특히 이번 실험은 화염을 동반한 열폭주뿐 아니라 열폭주가 발생하지 않은 조건에서도 가스와 전해액이 누출될 수 있음을 확인했다는 점에서 의미가 있다.
김연상 국립소방연구원장은 이번 연구가 사용이 끝난 폐배터리에도 남아 있는 전기에너지와 외부 열에 의해 화재위험이 나타날 수 있음을 확인한 것이며, 관련 결과를 취급시설의 화재예방과 안전관리 교육에 활용하겠다는 뜻을 밝혔다.
다만 이번 발표에는 실험에 사용된 배터리의 총수나 반복 실험 횟수, 전압별 열폭주 발생 비율 등 세부 자료가 제시되지 않았다.
따라서 이번 결과만으로 특정 전압에서의 화재 발생 확률을 계산하거나 모든 폐배터리의 위험도를 수치화하기는 어렵다.
이번 연구가 보여준 핵심은 사용이 끝난 배터리라도 내부에 에너지가 남아 있을 수 있으며, 외부 열에 노출되면 화재로 이어질 가능성이 있다는 점이다.
폐배터리를 안전하게 관리하려면 사용 종료 여부뿐 아니라 배터리의 상태와 잔존 에너지, 보관 환경까지 함께 고려해야 한다.
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