리튬배터리가 화재시 진화가 어려운 이유는 무엇인가요?

Question

리튬배터리는 화재가 발생하게되면 불을 끄는것이 굉장히 어려운데 리튬배터리는 그 구성성분이 무엇이고 이 성분들이 어떤 작용을 해서 화재에 취약한가요?

Answer 1

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

리튬배터리에 화재가 발생 시 가장 큰 어려움은 리튬이 지속적으로 산소를 배출하기 때문입니다. 소화를 위해서는 산소 공급을 차단해야하는데 바로 이 과정이 어려워지는 것 이죠.

Answer 2

안녕하세요. 이형민 과학전문가입니다.

배터리에 화재가 일어날 경우에는 워낙 고온이 발생하여 일반적인 방법으로는 회재진압하기가 어렵다고 합니다. 이에 수조형식의 화재진압 도구를 사용합니다

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

1. 화염 확산: 리튬배터리 안에는 화학적으로 활성한 물질이 포함되어 있습니다. 화재가 발생하면 이 물질이 산화 작용을 일으켜 더 많은 열과 가스를 방출할 수 있습니다. 이는 화재의 확산을 촉진시키는 요인이 됩니다.

2. 산소 방출: 리튬배터리 내부에서 화재가 발생하면 리튬과 다른 물질 사이의 화학 반응으로 인해 산소가 방출될 수 있습니다. 이 산소는 화재를 지속시키고 화염을 더욱 세게 태울 수 있습니다.

3. 냉각 어려움: 리튬배터리는 작고 밀집된 구조를 가지고 있어 불꽃이나 열이 확산되기 쉽지 않습니다. 이로 인해 화재가 발생한 리튬배터리를 빠르게 냉각시키기 어렵습니다. 또한, 리튬배터리가 지속적으로 열을 방출하는 속성이 있어, 화재 후에도 잠재적인 위험을 가지고 있을 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

말씀하신 화재는 배터리에 손상을 입어 발생하는 화재입니다.

배터리는 양극제와 음극제를 분리하는 막이 있는데, 이 막이 손상을 입으면 양극제와 음극제의 격렬한 반응이 발생하며 열폭주를 일으킬 수 있습니다. 즉, 그 성분은 배터리의 종류에 따라 다르지만, 화재의 원인은 결국 서서히 반응해야 할 양극제와 음극제의 격렬한 반응이 원인입니다.

화재를 진압하는 가장 효율 적인 방법은 산소를 치단하는 것이며 일반적으로 물을 뿌려 발화점 아래로 낮추는 방법으로는 1,000도 이상의 온도로 올라가는 열폭주를 막을 수 없습니다.

그래서 화재 진화가 어려운 것입니다.

Answer 5

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 리튬은 배터리 화재 원인 중 하나다. 리튬은 에너지혁명을 가능케 한 영웅이자, 배터리 안정성의 발목을 잡는 소재다. 리튬은 이온화 경향이 큰 금속이다. 이온화 경향은 금속이 전자(-)를 내주고 양이온(+)이 되려고 하는 정도를 말한다. 이온화 경향이 큰 금속일수록 공기 중 산소와 결합해 쉽게 산화한다. 리튬배터리는 보통 '열폭주'라는 현상을 통해 폭발한다. 음극에서는 약 70~90도에서 발열반응이 발생하기 시작하고, 양극에서는 130~150도에서 발생한다. 이때 적절하게 냉각되지 않으면 온도가 지속적으로 상승하면서 열에너지 발생 속도도 증가해 폭주하게 된다. 열폭주가 발생하면 분리막이 녹아 내부 단락이 발생할 수 있는데 이렇게 되면 화재가 발생한다. 화재가 급격히 확산되므로 대형 배터리팩에서 일단 화재가 발생하고 나면 아주 초기가 아닌 이상 사실상 진화할 방법이 없게 된다. 화재가 진화되더라도 파손된 배터리에 남아있는 내부 에너지에 의해 언제든지 재발화가 가능한 상태가 된다. 배터리 열폭주 현상이 생기면 화재 직전까지 전압, 온도변화는 없다.

출처 : 해쉬넷 - 리튬이온 배터리 열폭주 현상

Answer 6

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

배터리 화재시 진화가 어려운 이유는 배터리 셀이 타오르면서 완전 전소 될때 까지 타올라야 불이 꺼지기 때문에 진화가 어렵다합니다

Answer 7

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

리튬이 화재가 발생하면 일반 소화기로 끌수가 없습니다.

워낙에 화재의 온도가 높기 때문이며, 물이 리튬 소재에 닿으면 더욱 극렬하게 리튬원소가 반응합니다.

리튬 배터리는 양극은 리튬 코발트 옥사이드라는 원소로 되어있습니다. 사실상 리튬 배터리의 에너지 저장소 역할을 합니다.

음극은 흑연이나 리튬 탐산염으로 구성되어 있습니다.

배터리 이므로 내부에서 양극과 음극 사이를 전자가 오고 갈 수 있도록 전해질이 존재합니다.

액체인 경우도 있고 고체 물질인 경우도 있습니다.

이때 핵심적인 것은 양극과 음극이 직접 닿지 않도록 분리막이 존재하며 이온은 통과시키지만

양극과 음극이 직접 접촉하지 못하도록 합니다.

문제의 원인은 전해질이 열에 노출되면 불안정합니다. 화학 반응이 발생하면서 내부 압력이 높아지고

화재 또는 폭발이 발생할 수 있습니다.

또한, 내부에서 분리막이 터지거가 손상되서 양극과 음극이 직접 접촉하면 내부에서 단락이라고 해서

양극과 음극이 직접 연결된 것과 같은현상이 일어날 수 있습니다.

이 경우에는 급격한 열이 발생하여 화학반응이 추가적으로 발생하고 화재가 발생할 수 있습니다.

배터리가 과충전되거나 충격을 받으면 열적 폭주현상이 발생하여 화재로 이어질 수 있습니다.

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Answer 8

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

전기차 배터리는 셀 수백 개가 모여 한 팩을 이루는데 이 가운데 한 셀에서 합선이 일어나 열폭주가 시작되면 다른 셀로 불이 순차적으로 옮겨붙으며 또 다른 열폭주를 일으킵니다.

열폭주는 전기자동차 화재 진압을 어렵게 만드는 요인입니다. 겉에서 불씨가 사라져도 내부의 불씨가 새로운 열폭주를 만들어내기도 합니다. 전기차에 난 불을 끄기 어려운 이유는 배터리가 금속 케이스로 덮여 있어 일반적인 소화제가 침투할 수 없기 때문입니다.