리튬 배터리 화재

리튬 배터리는 많은 소비자 디바이스에서 찾아볼 수 있으며, 제조업체는 슬림한 제품에 장시간의 배터리 수명을 담을 수 있습니다. 하지만 손상되거나 부적절하게 오용될 경우 화재의 위험도 있습니다.

리튬 배터리 화재는 소방관이 대처하기 어렵고 위험할 수 있으므로 소방청에서 화재 조사관을 돕기 위한 체크리스트를 발표했습니다.

단락 회로

리튬 배터리 화재의 주요 원인 중 하나는 단락입니다. 단락은 전류가 의도하지 않은 짧은 경로로 배터리를 통과할 때 발생하며, 이로 인해 과도한 에너지가 셀에 흘러넘쳐 금속 이온이 생성되어 결국 내부 셀의 용량을 초과하고 주변으로 유출되어 열을 발생시키고 화재를 일으키는 가연성 가스를 생성합니다.

열 폭주는 리튬 배터리 화재의 또 다른 주요 원인입니다. 이는 배터리에서 발생한 열이 연쇄 반응으로 전환되어 폭발로 이어질 때 발생하며, 일반적으로 미세한 금속 입자가 다른 부품과 접촉하여 열을 발생시켜 과열되고 셀에서 인화성 가스가 방출됩니다.

리튬 배터리를 충전하려면 전해질을 통해 음극에서 양극으로 이온이 이동해야 합니다. 이 이동은 배터리가 제대로 작동하는 데 필수적이지만 중단되면 위험할 수 있으므로 열원이 없는 격리된 공간에서 충전하는 것이 중요합니다.

산소 생성은 리튬 배터리 화재의 주요 원인 중 하나로, 가열된 양극과 음극은 실수로 배터리 케이스에 구멍을 내거나 화학 반응을 일으켜 셀 내부 단락으로 이어질 수 있는 산소 가스를 생성합니다.

리튬 배터리 화재는 진압하기 어려울 수 있으므로 안전한 장소에서 태우는 것이 가장 좋습니다. 물만으로는 불길에 연료를 공급하는 동시에 유독성 수소 가스를 발생시키므로 거품 소화기나 구리 분말, 소다 팝 또는 흑연과 같은 ABC 건조 화학 물질을 사용하는 것이 현명합니다.

열 폭주

리튬 배터리는 특정 온도 범위 내에서 작동하도록 설계되었습니다. 그러나 이 한계를 초과하면 열 폭주라고 알려진 일련의 반응이 시작되어 가연성 가스와 화재가 발생할 수 있으며, 리튬 배터리 화재가 진압하기 어렵기로 악명 높은 이유 중 하나는 물 기반 소화기는 냉각하는 역할만 하는 반면 리튬 이온 젤 소화기는 배터리가 재점화되는 즉시 사용해야 하거나 며칠 또는 몇 시간 후에 재발화될 수 있다는 점입니다.

리튬 배터리의 경우 내부 단락, 리튬 도금(배터리 셀 내 양극 표면에 금속성 리튬이 형성되는 현상), 펑크나 낙하 등의 기계적 손상, 과충전, 과방전 또는 외부의 과도한 열원 등 다양한 원인으로 열 폭주가 발생할 수 있으며, 드물게는 지연 점화 열 폭주라고 하는 뚜렷한 원인 없이 리튬 이온 배터리가 열 폭주를 일으킬 수도 있습니다.

배터리 온도를 낮추고, 지정된 온도 범위 내에서 작동하고, 안전한 충전 절차를 사용하면 열 폭주를 방지할 수 있습니다. 또한 배터리는 열원에서 멀리 떨어진 곳에 보관하고 사용하지 않을 때는 분리해야 합니다.

새로운 연구에 참여한 연구원들은 배터리 케이스 재료 선택과 셀 크기 등 리튬 배터리의 열 폭주에 영향을 미치는 다양한 요인을 연구하여 리튬 배터리의 열 폭주 원인을 새롭게 조명했으며, 열 폭주 시 에너지 방출에 대한 통계적 회귀 모델도 이 연구 프로젝트에 포함되어 제조업체, 전기차 제조업체 및 안전 당국에 향후 배터리에서 이러한 폭주를 방지하는 방법에 대한 유용한 통찰력을 제공했습니다.

산소 발생

열 폭주는 배터리 셀이 전기 화학 반응 대신 내부 화학 반응을 일으켜 열과 유독성 인화성 가스를 생성할 때 발생합니다. 온도가 상승하고 더 많은 열이 발생하면 발열 반응이 더욱 가속화되어 더 많은 가스가 생성되고, 결국 이 혼합물은 산소와 혼합된 유독성 인화성 가스의 흰색 증기 구름으로 변해 주변 셀에 불을 붙이고 항공기, 차량 또는 장치 내의 모든 리튬 배터리를 확산시키고 파괴하는 연쇄 반응이 시작될 수 있습니다.

리튬 배터리 화재는 드물지만 여전히 심각한 혼란을 야기하고 관리하기 어려울 수 있습니다. 이러한 화재를 진압하는 한 가지 방법은 특정 온도에서 녹아 불투과성 담요를 형성하는 분말 흑연을 포함한 액체 또는 고체 형태의 냉각제를 사용하는 것이며, 액체 냉각제에는 물뿐만 아니라 인체 건강을 위협하는 잠재적으로 위험한 PFAS 화학물질이 포함된 3M Novec 라인과 같은 엔지니어링된 비반응성 유체도 포함됩니다.

배터리 화재가 시작되면 연소 속도는 소비되는 산소와 내부 일산화탄소(CO) 생성으로 인해 발생하는 열 모두에 따라 달라집니다. 배터리 화재 테스트 결과를 해석할 때는 이러한 오차를 고려하는 것이 중요하지만, 일반적으로 산소 소비 열량 측정의 일반적인 불확실성과 배터리 가스에 대한 E-인자에 관한 가정으로 인해 상쇄되므로 배터리에서 방출되는 총 열량은 약 2kJ/Wh 정도 과소평가될 수 있습니다.

과도한 열

리튬 배터리 화재는 강도가 높고 진압이 어려워 막대한 재산 피해는 물론 인체에 심각한 위협이 되는 유독가스가 방출될 수 있습니다. 따라서 작업장에서 리튬 배터리 화재는 가능한 한 빨리 예방하는 것이 중요합니다.

배터리 화재를 예방하기 위한 첫 번째 단계는 경고 신호를 인식하는 것입니다. 여기에는 비정상적인 열, 소음, 냄새 또는 부풀어 오름이 포함되며, 이는 열 폭주 또는 합선이 임박했음을 나타낼 수 있으므로 화재를 예방하기 위해 즉시 조치를 취해야 합니다.

리튬 이온 배터리는 소비자 및 산업용으로 가장 널리 사용되는 에너지 저장 솔루션 중 하나로 휴대폰부터 전기 자동차에 이르기까지 다양한 기기에 강력한 휴대용 전원 솔루션을 제공합니다. 리튬 이온 배터리는 많은 이점을 제공하지만 부적절한 취급이나 보관으로 인해 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.

리튬 배터리를 안전하게 보관하려면 거칠게 다루지 않는 것이 가장 좋습니다. 배터리를 떨어뜨리면 내부 부품이 손상되어 전기 합선이나 열 폭주로 이어질 수 있습니다. 리튬 배터리는 수명이 다하고 고온에서 더 자주 충전되므로 사용 기간, 충전 빈도, 온도 상승에 따라 기계적 손상에 대한 취약성이 증가합니다.

배터리는 극한의 환경 조건에서도 손상되기 쉽습니다. 비, 염분이 많은 공기 또는 습한 환경에 노출되면 배터리가 빠르게 충전량을 잃고 과열되어 열 폭주 및 화염이 발생할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리 화재는 진압하기 어려울 수 있습니다. 기존의 물 기반 소화기는 이러한 화재를 완전히 진압하지 못하고 몇 시간 또는 며칠 후에 다시 불이 붙는 경우가 많지만, 특수 리튬 이온 소화기는 존재합니다.

블레이즈스택

리튬 배터리 화재는 점점 더 빈번하게 발생하고 있으며, 진화가 어렵고 막대한 재산 피해로 이어지는 등 공공 안전에 대한 위협이 점점 더 커지고 있습니다. 대부분의 리튬 배터리 화재는 배터리가 과열될 때 발생하는 열 폭주로 인해 발생하며, 물리적 손상이나 충전 문제로 인해 발생할 수도 있지만 적절한 도구가 있다면 소방관은 이러한 화재를 더 빨리 식별하고 더 효과적으로 대처할 수 있습니다.

리튬 배터리 화재는 건물뿐만 아니라 내부에 있는 사람에게도 가장 큰 위협이 됩니다. 화재가 빠르게 확산되어 건물 내부의 생명을 위협하는 광범위한 구조적 손상을 일으킬 수 있습니다. 그렇기 때문에 충전식 배터리의 위험성에 대해 사람들에게 알리는 것이 매우 중요합니다.

최근 뉴욕과 샌프란시스코 등 미국 주요 도시에서 배터리 관련 화재가 크게 증가하여 2012년 이후 두 배 이상 증가했습니다. 대부분 부상이나 사망으로 이어지지는 않지만, 상업용 건물과 주거용 주택 모두에 상당한 피해를 입힐 수 있는 경우가 많습니다.

하지만 리튬 배터리를 올바르게 보관하고 관리하는 등 리튬 배터리 화재를 예방하기 위한 여러 가지 전략이 있습니다. 또한 금속 물체와 물을 멀리하고 리튬 배터리를 보관할 때는 내화 용기를 사용하는 것이 좋습니다.

물리적 손상과 전기적 단락은 배터리 화재의 두 가지 일반적인 원인입니다. 배터리 고장이나 과열은 날카로운 리튬 바늘이 분리막 셀을 관통하여 내부 단락을 일으키는 극단적인 화학 반응인 열 폭주를 유발할 수 있으며, 배터리 케이스의 껍질이 깨지면 가연성 전해액이 공기 또는 열원과 접촉하여 발화할 수 있습니다.