전기차의 아킬레스건 화재, 대응방안은 무엇일까 (KISTI)

“작년 전기차 판매량 1년 새 44.6% 증가”

“전기차 판매 폭증… 2030년엔 2억대 넘을 듯”

“미국 캘리포니아주, 늦어도 2035년에는 내연기관차 판매 중단”

 

바야흐로 전기차 시대가 오고 있다. 각국은 이를 위한 정책을 통해 그 시기를 점차 앞당기는 중이다.

 

전기차가 내연기관차에 비해 훨씬 친환경적이기 때문이다. 이제 그 성능도 많이 좋아져 단지 환경 때문이 아니라 정숙성과 연비, 가속력 등을 보고 전기차를 고르는 사람이 생길 정도다.

 

그러나 충전 인프라 구축, 높은 가격 등 아직까지는 갈 길이 먼 것도 사실. 최근엔 전기차 화재가 이슈가 되면서 그 해결책 강구에 전문가들이 머리를 감싸고 있다.

 

대표적인 사례가 얼마 전 미국에서 일어난 테슬라 모델S 화재사고다. 당시 진압을 위해 동원된 소방관은 8명, 소요 시간은 7시간에 달한다.

 

더 큰 문제는 화재진압에 사용된 물이 무려 10만 6천 리터나 됐다는 사실. 이는 일반적인 내연기관차와 비교했을 때 약 10배가 되는 어마어마한 양이다.

 

도대체 무엇 때문에 이렇게 진압이 어려운 것일까. 리튬이온전지의 특성인 열폭주 때문이다. 설계 오류, 제조 결함, 과충전 등 다양한 스트레스로 인해 순식간에 내부 온도가 1천도 가량 치솟는 현상이다. 보통 양극과 음극을 나누는 분리막이 손상돼 일어 난다.

 

문제는 이런 리튬이온전지 셀이 수십 개씩 붙어있는 구조다. 하나가 폭주하면 근처 셀까지 영향을 받기에 전기차 화재는 보통 전소되기 전까진 끄기 어렵다.

 

당연히 이를 방지하기 위한 연구도 한창이다. 대표적인 것이 배터리 관리 시스템 BMS(Battery Management System)이다. 센서를 통해 전류, 전압, 온도 등을 파악해 배터리 충전, 방전 상태 및 잔여량 등을 조절하는 역할을 한다.

 

또 운행 중인 전기차에서 빅데이터를 수집, 이를 분석해 화재 징후를 포착하는 연구가 있다. 이밖에도 전자현미경을 이용해 배터리 소재의 열 안정성을 실시간으로 분석하는 플랫폼을 구축하는 등 다양한 방법으로 안정성을 높이는 노력이 이어지고 있다.

 

이런 연구과 함께 색다른 해결책을 강구한 시도도 있었다. 얼마 전 일산소방서, 한국교통안전공단 자동차안전연구원, 국립소방연구원은 전기차 화재를 진압하는 실험을 진행했다. 조립식 수조에 물을 채운 후, 크레인으로 전기차를 들어서 집어넣자 성공적으로 화재가 진압되는 모습이었다.

 

다만 지금까지 제시된 이런 방법들 모두 근본적 해결책은 아니라는 의견이 많다. 결국 전고체 배터리 상용화만이 전기차 화재 문제를 해결할 수 있다고 많은 전문가들은 말한다.

 

전고체 배터리는 기존에 쓰던 전해액 대신 고체로 된 전해질을 사용한다. 전해질 자체가 양극과 음극을 분리하는 분리막 역할을 하기에 기존 배터리에 비해 외부 충격에 강하고, 화재 가능성 역시 극도로 떨어진다. 에너지 밀도도 높아 주행거리도 월등하다.

 

이에 삼성, LG, SK 등 국내 대기업은 물론 미국, 독일, 중국, 일본 등 수많은 곳에서 전고체 배터리 경쟁에 뛰어들고 있다. 그럼에도 배터리 출력, 가격 등 기술적인 문제가 아직 많이 남아 있는 것도 사실. 그 실질적 상용화까진 어느 정도 시간이 필요하다.

 

진정한 전기차 시대가 오기 위해선 결국 안정성 문제 해결이 그 무엇보다 중요하다. 현재 수많은 연구자들이 노력하는 만큼, 조만간 화재 걱정 없는 전기차 기술이 개발되리라 기대한다.