전기차 화재 원인과 안정화 전망(feat.테슬라)

전기차의 현주소

지난 1월 7일 서울 성수동 테슬라 서비스센터에서 발생한 화재 사고부터 1월 9일 요즘 테슬라를 포함한 전기차들의 잇단 화재뉴스를 심심찮게 접할 수 있습니다. 2022 자동차 소비 트렌드의 조사에 따르면 다음 차로 전기차를 고려하는 비율이 23%로 세계 1위를 차지하고 있지만 실상 주변에 물어보면 '지금 차까지만 타고 전기차로 바꿔야지', '앞으로 몇 년 후면 전기차의 세상이 올 테니 그때 가격이 조금 싸지겠지' 등의 지금은 이르고 언젠가는 바꿀 것이라는 말들을 많이 하고 있습니다. 이것은 전기차가 아직은 범국민적으로 상용화되기에는 이르다는 판단이 짙게 깔려있다는 반증입니다. 아직 시기상조라는 생각은 오래 걸리는 전기차 충전시간과 충전인프라 부족도 있겠지만 원인 중에 큰 부분을 차지하는 것이 바로 '삽시간에 번지는 열폭주 현상'에 대한 불안감 때문인 것도 같습니다. 현재까지 출시된 전기차는 안전성에 대한 소비자의 불안감을 해결하지 못하면, 전례 없는 운동성능과 첨단 편의성이라는 장점을 뒤로할 수밖에 없습니다. 그럼 이 불가항력적인 화재의 원인과 해결방법, 그리고 언제쯤 안전하게 전기차를 타도 좋을지 생각해 보겠습니다. 그전에 전기차에 불이 붙는 상황과 이 불꽃의 특징을 먼저 알아보겠습니다. 

전기차 화재의 상황과 특징

전기차 화재의 상황들을 살펴보면 충돌로 인한 배터리 문제가 생겨서 화재가 생기는 경우, 충전 중에 발생하는 화재, 주행 중 차량 하부 쪽에 끓는 듯한 전조증상 후 화재가 나는 경우 등이 있습니다. 맞습니다. 모두 배터리로 인한 화재입니다. 내연기관 차와 달리 리튬이온 배터리가 장착된 전기차는 불이 붙은 배터리셀이 산소와 결합하면서 700~1,000℃가 넘는 열폭주가 일어납니다. 전기차에 한 번 발생한 화재는 불을 끄기가 어렵습니다.

내연기관 차량은 엔진과 연료탱크 자체가 떨어져 있어 연료공급만 차단하면 쉽게 화재를 진압할 수 있으며 130년 역사의 내연기관 차량은 여러 가지 비상대책과 화재 소화 방법 등이 잘 마련되어 있습니다. 반면 전기차의 연료는 리튬이온 배터리이며 주로 차량 하부에 배치합니다. 따라서 화재 발생장소도 배터리이며 바로 그곳에서 불이 붙으므로 한 곳의 셀에 붙은 불이 옆에 있는 셀로 번지며 수 백~수 천 개의 배터리 셀이 결합된 전체로 빠르게 번져 온도가 폭발적으로 오르는 ‘열폭주’ 현상이 일어난다. 순식간에 확산되는 열폭주로 인해 초기 진압이 매우 어려워집니다. 전기차량에 탑재된 리튬이온 배터리는 충격이나 압력을 크게 받으면 언제든지 배터리 쪽에 문제가 생기는 부분들이 많고 또 불이 한 번 확산이 되면 물속에서도 불꽃이 꺼지지 않는 특성을 갖고 있습니다. 

전기차 화재의 원인과 해결방법

리튬이온 배터리 배치 위치

전기차에 화재가 나는 원인은 특히 배터리에 있는데, 리튬이온 배터리의 주요 성분인 양극재와 음극재를 분리하는 분리막이 있습니다. 이 분리막에 손상이 생기면 두 극이 만납니다. 그렇게 되면 과도한 전류가 흐르게 되고 열이 발생하여 화재로 이어집니다. 현존하는 기술로는 불타는 배터리를 물속에 넣어 열전도를 막고 반응이 끝나기를 기다리는 소극적인 방법과 또는 질식포, 산소가 못 들어가게 해서 차단을 시키는 방법밖에는 뾰족한 수가 없습니다. 이러한 전기차 배터리의 구조적 한계는 전고체 배터리 등의 기술적 혁신이 있기 전까지는 끌어안고 가야만 합니다. 그렇다면 언제쯤 이러한 기술적 혁신으로 전기차를 타도 두렵지 않은 시대가 올까요?

 

전기차 안전성 전망

우선 전기차의 안전성을 입증할 충분한 데이터가 쌓여야 하고 전기차에 기본적으로 탑재되는 배터리의 성능을 ‘완벽’에 가깝게 통제해야 합니다. 이는 현재 100만 대 중 3.5대라는 수치에서 '불량률 제로'를 향한 수치까지 가혹한 관리가 돼야 한다는 말입니다. 또한 배터리관리시스템(BMS)을 철저히 강화하여 본래 목적인 배터리 관리 기능 이외에도, 배터리 이상 감지 범위 및 경고 기능 확대, 화재 발생 시 대피경보 기능을 추가하는 등의 의무화 도입이 필요해 보입니다. 이 같은 시행착오가 언제까지 지속될지 알 수 없기 때문에 사실상 예측은 어렵습니다. 다만 내연기관 차량의 130년보단 훨씬 짧은 개발 10년 차이며 범국가적으로 친환경 이슈로 인한 초미의 관심인 만큼 개발이 가속화될 것으로 판단되며 한국에서는 정부차원에서 2025년까지 리튬이온 배터리의 기술을 고도화(에너지밀도 250→350Wh/kg)하고 2025년 리튬-황 배터리 상용화(비행체), 2030년 전고체배터리 상용화(차량) 등 차세대배터리 조기 상용화를 추진하기로 밝혔기 때문에 최소 2025년에서 최대 2030년에는 안정성 걱정 없이 전기차를 탈 날이 올 것이라 기대합니다.