얼마 전 미국에서 테슬라 화재가 발생했다. 캘리포니아주 고속도로를 달리던 테슬라 모델S의 배터리에서 자연 발화 화재가 발생한 것이다. 화재 진압에 나선 소방 당국은 약 2만3,000L에 달하는 물을 뿌려 진화한 것으로 알려졌다. 이번 화재는 교통사고로 인한 전기차 화재가 아니다. 단순히 달리다가 갑자기 화재가 발생한 것이다. 소방 당국에 따르면 전기차 화재 이전 특별한 징후가 없는 것으로 알려졌다.

이번 화재로 테슬라 모델S는 순식간에 화염에 쉽싸여, 차량 하부가 완전히 전소 됐다. 한 가지 놀라운 점은 모델 S에서 발생한 화염을 없애기 위해 엄청난 양의 물을 쏟아 부었으나 효과가 없다는 것이다. 특히 전기차 화재는 하부에서 시작되는 점을 고려해, 리프트로 차를 들어올려 물을 뿌렸음에도 불구하고 불을 끄기에 역부족이었던 것으로 알려졌다. 그나마 다행인 것은 인명피해는 없었다.

[글] 이안 에디터

전기차 화재 원인 대부분은 배터리에서 발생한다. 전기차에 탑재되는 배터리 특성상 화재에 취약하기 때문이다. 보급형 전기차를 제외하면 리튬이온 배터리가 들어간다. 배터리 구조를 살펴보면 양극과 음극이 있고 가운데에 두 극을 분리하는 분리막이 있다. 그리고 나머지 공간에는 전해액이 채워져있다. 충전 중에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 가고, 배터리를 사용할 때는 음극에서 양극으로 리튬이온이 돌아온다.

전해액은 리튬이온의 이동 통로 역할을 하며 분리막은 양극과 음극이 곧바로 만나지 못하게 가로 막는 역할을 한다. 만약 분리막이 손상되면 배터리 화재로 이어질 가능성이 매우 높다. 양극과 음극이 전해액을 통해 직접 만나게 되면 대량의 에너지가 순식간에 방출된다. 이 때 엄청난 열이 발생하는데, 전해액이 끓기 시작하면서 증기가 발생하고, 내부 압력이 높아지다 결국 터진다. 배터리 폭발 이후 전해액이 외부로 유출되면 바깥 공기에 노출되고 화재로 이어진다. 이를 열폭주 현상이라 이야기한다. 막대한 열이 폭주하듯 발생해 결국 화재로 이어지기 때문에 붙은 이름이다.

문제는 배터리 보호를 위해 튼튼한 커버와 구조물이 배터리 셀을 감싸고 있어, 내부에서 발생한 열과 화염을 없애기 어렵다. 유일한 해결 방법은 물을 들이 붓거나 간이 대형 수조, 강물에다 던지는 수 밖에 없다. 순식간에 발산되는 에너지를 억누를 방법이 이런 것 밖에 없기 때문이다.

리튬이온 배터리의 화재는 배터리 제조사나, 자동차 제조사에서 가장 먼저 해결해야할 과제다. 현재까지 가장 효과적인 대안으로 떠오른 것은 ‘전고체 배터리’가 있다. 전고체 배터리 역시 리튬이온 배터리의 일종이다. 다만 액체상태의 전해액 대신 세라믹 등 고체로 된 전해질이 들어간다. 기존 배터리 대비 밀도가 높고 화재 위험이 낮은 편이다. 특히 배터리 화재 등을 예방하는 보호회로 등 별도 부품이 필요 없어, 공간 확보에도 유리하다. 그만큼 배터리를 더 넣을 수 있어, 기존 전기차 대비 2배에 달하는 주행거리를 자랑한다.

하지만 앞으로 풀어야 할 과제도 존재한다. 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 리튬이온이 느리게 이동한다. 이는 성능 저하로 이어질 수 있는 만큼 먼저 해결해야 하는 과제로 남아있다. 또, 전고체를 구성하는 소재의 가격이 매우 비싸고 만들기 까다로워, 양산 시스템을 구축하기 어렵다. 전문가들은 전고체 배터가 상용화 되고 보편화 되려면 2040년은 되어야 할 것이라며 먼 미래로 보기도 한다.

환경 보호와 자율주행 시대에 대비하기 위해 전기차 개발이 한창이다. 이미 순수 내연기관차의 시대가 땅거미 질 무렵에 도달했고, 전기차는 이제 아침을 맞이 했다. 그리고 대안이 되고 있는 하이브리드는 가장 밝은 시기인 정오에 이르렀다. 자동차 기술은 해가 지날 수록 획기적으로 변하고 있다. 하지만 이런 변화 모두 안전을 담보로 해선 안 된다. 화재 혹은 충전 시 발생할 가능성이 있는 배터리 화재에 대해 확실한 대안이 등장했으면 한다.


“또 터졌어?” 툭하면 발생하는 ‘이 문제’ 오너들 후회막급
글 / 다키포스트
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