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불붙으면 순식간에 번지는
열폭주 현상 위험하지만
수명 길고 추위에도 작동
다른전지보다 효용성 커
사고 탓하며 이용 포기말고
안전한 생산·활용에 힘써야
경기도 화성의 리튬 1차(금속)전지 생산공장에서 발생한 끔찍한 폭발·화재 사고로 리튬의 안전에 대한 사회적 관심이 뜨겁다.경기도는 리튬을 취급하는 사업장과 재활용 업체에 대한 긴급안전점검을 실시했다.윤석열 대통령도 첨단 신산업의 화재에 대해서 '더 과학적인 안전 대책'을 마련하도록 지시했다.신산업 현장에서 사용하는 화학물질의 특성에 맞는 새로운 소방 기술과 위험을 사전에 감지·예방하는 기술을 개발·보급해야 한다는 것이다.
금속의 전기화학적 특성을 이용해서 전기를 생산하는 전지(배터리)의 폭발·화재가 흔한 일은 아니다.배터리는 최소한의 상식적인 안전수칙만 따르면 대체로 안전하게 사용할 수 있다.1859년 프랑스의 플랑테가 개발한 납축전지나 1877년 프랑스의 르클랑셰가 개발한 건전지를 우리가 지금도 널리 사용하고 있는 것도 그런 이유에서다.
배터리의 안전한 사용이 어려운 일이 아니다.우선 물리적인 힘으로 전지를 심하게 변형시키거나 파손하는 일은 절대 금물이다.폭발·화재가 일어나지는 않더라도 독성이 강한 전해질이 흘러나올 수 있다.폐(廢)전지를 함부로 버리는 것도 바람직하지 않다.용기가 부식되거나 파손돼 전해질이 흘러나오면 생태계나 환경에 골치 아픈 오염이 발생하게 된다.
전지에 열(熱)을 가하는 것도 금물이다.내부의 전해질이 흘러나오지 않도록 밀폐된 구조의 전지를 지나치게 뜨겁게 가열하면 전해질 용액이 기체로 변해서 전지가 부풀어 오르고,돌아기 장난감결국에는 용기가 파손되면서 폭발이 일어나게 된다.용기가 파손되면 내부의 독성 전해질이 사방으로 튀면서 뜻하지 않은 피해가 발생할 수 있다.
건전지·알칼리전지·수은전지와 같은 '1차전지'의 재사용은 절대 불가능하다.수명이 다한 1차전지를 충전기에 연결하면 전지 내부에서 전해질이 녹아 있는 물이 전기분해돼 수소 기체가 발생하면서 폭발·화재가 발생할 수 있기 때문이다.한 번 사용한 1차전지를 적절하게 폐기하는 원칙은 반드시 지켜야 한다.
리튬을 이용하는 전지에는 훨씬 더 세심한 안전수칙이 필요한 것이 사실이다.지구상에서 흔치 않은 자원이기 때문에 '백색 황금'이라고도 부르는 리튬(Li)은 세상에서 가장 가벼운 금속이다.그래서 리튬을 이용하면 전지의 무게에 비해서 훨씬 더 많은 양의 전기를 만들어낼 수 있다.리튬전지의 에너지밀도가 높다는 것이 그런 뜻이다.
실제로 리튬 금속 전지는 다른 전지보다 수명이 훨씬 길다.화성의 아리셀에서 생산하는 리튬 1차전지에는 수명이 10년이나 되는 제품도 있다.더욱이 리튬 금속 전지는 영하 60도의 추운 환경에서도 문제없이 작동한다.리튬 금속 전지가 조금 위험한 것은 사실이지만 열악한 환경에서 장기간 사용해야 하는 군용 전지로는 쉽게 포기할 수 없는 매력이다.
리튬 금속의 반응성이 크다는 사실도 잊지 말아야 한다.리튬 금속을 -전극으로 사용하는 리튬 1차(금속)전지의 경우에는 특히 그렇다.생산 과정에서 전지 내부에 물이 들어가면 심각한 문제가 발생한다.리튬 금속이 물과 반응해서 폭발성의 수소 기체가 만들어지기 때문이다.
화성 공장에서 생산하는 리튬-염화티오닐 1차전지의 경우에는 문제가 더욱 심각하다.전해질과 +전극으로 사용하는 염화티오닐도 물과 반응해서 염화수소 기체가 만들어진다.자칫하면 물이 섞여 들어간 리튬 1차전지에서는 시간이 지나면서 수소 폭발이 일어날 수 있다는 뜻이다.
리튬전지의 '열폭주(thermal runaway)'도 걱정해야 한다.원통형 리튬 1차전지에 사용하는 절연체로 만들어진 '차단막' 훼손 등의 불량에 의해 '외부 단속(external short circuit)'이 발생하거나,돌아기 장난감2차전지인 리튬이온전지의 '분리막'이 훼손돼 '내부 단속(internal short circuit)'이 발생하면 리튬전지 셀의 열폭주가 시작된다.일단 리튬전지 셀에서 열폭주가 시작되면 다수의 전지 셀을 묶어놓은 전지 모듈 전체로 열폭주가 퍼져나가면서 문제가 더욱 심각해진다.
충전이 가능한 2차전지인 리튬이온전지의 경우에는 과충전에 의한 열폭주도 걱정해야 한다.불량 충전기를 사용하는 경우에는 리튬이온전지에 장착된 배터리관리시스템(BMS)에 오류가 발생해 화재·폭발이 발생할 수 있다.전기자동차의 충전 설비를 세심하게 관리해야 하는 것도 그런 이유에서다.
배터리 화재를 진압하는 일은 절대 쉽지 않다.전지에 사용하는 화학물질의 특성 때문이 아니다.전지의 밀폐된 구조가 화재 진압을 어렵게 만든다.'D급'으로 분류되는 금속 화재의 소방 기술도 배터리 화재에는 무용지물이다.특히 전기자동차의 경우에는 더욱 그렇다.전기자동차의 배터리 팩에는 많은 수의 배터리 셀이 들어 있고,돌아기 장난감외부로부터의 오염이나 파손을 방지하기 위해 단단하게 밀폐돼 있기 때문이다.배터리 팩을 통째로 수조(水槽)에 담그는 것이 가장 확실한 소화 방법이다.지하 주차장에서는 사용하기 어려운 화재 진압 방식이다.
리튬전지가 위험해서 포기하겠다는 패배주의적 인식은 경계해야 한다.리튬전지보다 더 안전한 대체 전지를 개발해야 한다는 지적도 의미가 없다.이미 개발된 기술을 더욱 안전하게 사용하는 노력이 훨씬 더 현실적이다.
배터리 생산업체와 소비자의 예방 노력이 최선의 대책이다.정부 차원에서의 규제가 능사일 수는 없다.자칫하면 정부의 과도한 규제가 산업체와 소비자에게 부담만 가중하는 요인이 될 수 있다.
오히려 사고를 일으킨 제조사에 사회적 피해에 대한 합리적 책임을 묻는 것이 훨씬 더 효과적인 대책일 수 있다.
[이덕환 서강대 화학·과학커뮤니케이션 명예교수]
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