▲ 열폭주 중인 폐리튬이온배터리 [소방연구원 제공][매일안전신문=이상훈 기자]

사용이 끝난 폐리튬이온배터리라도 내부에 남아 있는 전기에너지와 외부 열에 의해 화염을 동반한 열폭주가 발생할 수 있다는 실험 결과가 나왔다.

소방청 국립소방연구원은 10일 폐리튬이온배터리의 잔존 전압에 따른 화재 특성을 분석한 결과, 일부 전압 조건에서 배터리 온도가 급격히 상승하며 화염이 발생하는 현상을 확인했다고 밝혔다.

이번 연구는 폐배터리가 수거·보관되거나 재활용되는 과정에서 발생할 수 있는 화재위험을 분석하기 위해 진행됐다. 사용이 종료된 배터리도 내부에 전기에너지가 남아 있을 수 있어 외부 열에 노출될 경우 화재로 이어질 가능성이 있기 때문이다.

연구원은 수거한 원통형 18650 규격 폐리튬이온배터리를 잔존 전압에 따라 구분한 뒤 외부에서 일정한 속도로 열을 가하는 방식으로 실험을 진행했다. 이 과정에서 배터리 온도 변화와 가스 분출, 화염 발생 여부, 열폭주 양상, 화재 시 열방출률 등을 측정해 전압 조건별 차이를 비교했다.

실험 결과 평균 잔존 전압이 3.45V인 조건에서는 화염을 동반한 열폭주가 발생하지 않았다. 다만 배터리 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되는 오프가스 현상과 전해액 누출이 관찰됐다.

반면 평균 잔존 전압이 3.94V 이상인 조건에서는 외부 열에 노출된 배터리의 온도가 급격히 상승하면서 화염을 동반한 열폭주가 발생했다. 동일한 가열 방식에서도 잔존 전압 조건에 따라 서로 다른 반응이 나타난 것이다.

열폭주가 발생하지 않은 조건에서도 가스와 전해액이 배출된 만큼 폐배터리의 수거·보관 과정에서는 잔존 에너지뿐 아니라 주변 열원에 대한 관리도 필요한 것으로 나타났다.

폐배터리 처리 과정에서 실제 화재가 발생한 사례도 있다. 2024년 1월 경기 평택시의 폐배터리 재활용 업체에서는 리튬 폐배터리 파쇄 작업 중 불이 났으며, 2020년 4월 경북 고령군의 폐배터리 처리 업체에서는 배터리 분리 작업 중 발생한 화재가 연쇄 폭발로 이어져 진화에 어려움을 겪었다.

폐배터리 재활용시설에는 화재·폭발 사고를 예방하기 위한 안전관리 기준이 적용되고 있다. 환경부는 2024년 폐기물 재활용시설의 안전관리 기준에 안전시설·장치와 주의 표지판, CCTV 설치, 사고대응 매뉴얼 마련, 폐기물 분리보관, 소방장비 관리실태 검사 등이 포함돼 있다고 설명했다.

실제 폐배터리 취급 사업장에 대한 안전점검에서는 관리규정 위반도 확인됐다. 금강유역환경청이 2025년 4월부터 6월까지 관내 폐배터리 취급 사업장 37곳을 점검한 결과, 4개 사업장에서 폐기물관리법 위반사항 4건이 적발됐다. 위반 내용은 지정폐기물 보관장소 외 보관 1건과 폐기물처리업자 법정교육 미실시 3건이다.

국립소방연구원은 이번 실험에서 확보한 영상과 연구 결과를 폐리튬이온배터리 수거·보관 및 재활용시설 관계자를 위한 안전교육과 홍보자료로 활용할 계획이다. 이를 통해 폐배터리 취급 과정의 화재위험을 알리고 현장 관계자의 안전관리 인식을 높일 방침이다.

김연상 국립소방연구원장은 “이번 연구는 사용이 끝난 폐배터리라도 남아 있는 전기에너지와 외부 열에 의해 화재위험이 나타날 수 있음을 실험적으로 확인했다”며 “연구 결과가 폐배터리 취급 현장의 화재예방과 안전관리 인식 향상에 도움이 될 수 있도록 관련 자료를 공유해 나가겠다”고 밝혔다.

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