전기차 배터리 속 리튬은 안전할까 [모빌리티]

(제공=LG에너지솔루션)

최근 배터리 화재 사고가 반복되면서 시민들의 불안이 커지고 있습니다. 지난달 24일 경기 화성시 아리셀 공장에서 발생한 화재로 23명의 사망자가 발생했습니다. 1일 새벽에는 서울 지하철 3호선 대치역에서 선로를 점검하는 특수차 배터리에서 불이 났습니다.

화재 사고의 공통 원인은 리튬 배터리입니다. 리튬은 금속 원소 중 가장 가볍고, 다른 알칼리 금속과 마찬가지로 물과 산소에 민감하게 반응하는 특징을 갖고 있습니다.

대부분의 전기차에 탑재되는 배터리에는 리튬이 들어갑니다. 리튬은 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 강하고, 그만큼 에너지 밀도가 높아 배터리의 주요 원료로 사용됩니다. 글로벌 시장조사기관 스태티스타(Statista)에 따르면 지난해 리튬 소비량의 87%가 배터리 분야였습니다.

리튬 배터리가 화재에 취약한 것은 사실입니다. 손상이나 결함, 과열, 과충전, 과방전 등으로 순식간에 온도가 1000도 이상까지 치솟는 열폭주 현상이 나타날 수 있기 때문입니다.

다만 화재 사고가 발생한 화성 아리셀 공장은 충전과 재사용이 불가능한 일차전지를 만드는 곳입니다. 리튬 계열 중에서도 ‘리튬염화티오닐’ 전지를 생산합니다. 음극재로 사용되는 리튬메탈은 물과 만나면 폭발 반응을 일으키고, 전해액으로 쓰이는 염화티오닐은 독성 물질을 배출합니다.

반면 전기차에 사용되는 배터리는 리튬이온 계열의 이차전지입니다. 충전과 재사용이 가능하기 때문에 이 같은 이름이 붙었습니다. 보통 리튬과 산소를 결합한 리튬 산화물 형태로 사용되고, 음극재에는 구조적 안전성이 높고 화학 반응이 낮은 흑연을 활용합니다.

전기차 배터리 안전성을 높이기 위한 시도는 계속되고 있습니다. 액체 전해질의 누액, 발화 등의 문제를 해결하기 위해 액체를 고체로 대체한 전고체 배터리가 대표적입니다. 센서를 통해 배터리 셀을 관리하고 과충전·과방전 위험을 조절하는 역할을 하는 배터리 관리 시스템(BMS) 기술도 더욱 고도화하고 있습니다.

이차전지는 충전 후 재사용이 가능한 만큼 제품을 출고할 때 100% 충전하지 않기 때문에, 완전충전 상태로 출고 및 보관되는 일차전지보다는 안전성이 높습니다. 또한 이차전지 기업들은 법적 안전 규정을 준수하는 것을 넘어 소화 시스템 구축이나 소방 대응 훈련을 주기적으로 실시하는 등 자체적으로 안전장치를 마련하고 있습니다.