전기차 화재 원인! 덴드라이트 알아보기 (형성 과정 및 배터리 화재 원인)

전기차 화재에 대한 우려로 전기차 구매를 고민하시는 분들을 위해 전기차 화재 원인인 배터리 속에 형성되는 덴드라이트에 대해 알아보도록 하겠습니다.

전기차 화재, 언제쯤 안심할 수 있을까?

세계적으로 기후 변화에 대응하기 위한 탄소중립을 목표로 친환경 에너지를 기반으로 한 산업이 성장하고 있는데 이중 가장 큰 변화를 보이고 있는 산업이 바로 전기차 산업입니다. 이는 사람들에게 가장 가까이 있고 그만큼 많이 사용하기 때문에 그 변화가 크게 보이는 것 같습니다.

전기차를 통해 탄소 중립으로 가는 길의 시작은 좋았지만, 전기차 보급에 따라 차량 주행 시, 또는 충전 시에 발생하는 화재로 인명 및 재산 피해가 속출하고 있는 상황입니다. 전기차 화재의 90% 이상은 모두 배터리로부터 발생하는데, 오늘 이야기할 덴드라이트가 왜 전기차 화재의 원인인지, 그리고 어떻게 생기는 건지 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

배터리의 구조

덴드라이트를 이해하기 위해 배터리의 구조와 배터리 충전 과정이 어떻게 되는지 먼저 알아보도록 하겠습니다.

배터리의 구조

여러 종류의 배터리가 존재하지만 현재 가장 많이 상용화되어 있고, 화재의 주요 원인이 되고 있는 리튬이온 배터리의 구조를 알아보도록 하겠습니다. 리튬 이온 배터리는 4개의 구조로 구분되어 있으며 구조별 역할은 아래와 같습니다.

배터리 충전 과정

배터리 충전 과정을 살펴보자면 아래 그림과 같이 양극에 있는 리튬 이온이 충전을 시작하면 분리막을 지나 음극으로 이동하게 됩니다. 반대로 전기차를 사용할 때, 즉 배터리가 방전될 때는 음극에 있던 리튬 이온이 충전 과정과 반대로 분리막을 지나 양극으로 이동하게 됩니다.

전기차 충전 방식과 과정에 대한 자세한 내용은 아래 글을 참고하시기 바랍니다.

전기차 화재 원인, 덴드라이트란?

전기차 화재 원인인 덴드라이트 (Dendrite)란 배터리 충전 시 음극 표면에 형성되는 나뭇가지 모양의 결정체를 뜻합니다. 앞서 설명드린 배터리 충전 과정을 보게되면 양극에 있던 리튬 이온이 분리박을 지나 음극으로 이동하는데 음극 표면으로 들어갈 때 일부 리튬이 쌓이며 결정체가 형성되는데 이를 덴드라이트라고 합니다.

추운 겨울 지붕에 쌓여있던 눈이 낮에는 따듯한 햇빛으로 녹아 처마로 떨어지다가 또 밤이 되어 추워지면 처마 끝에서 다시 얼기를 반복하며 생기는 고드름을 생각하시면 이해가 쉬우실 겁니다.

양극과 음극과의 접촉으로 화재 발생

바로 이 덴드라이트가 배터리 내에서 지속적으로 축적되다 결국 양극과 음극을 분리하는 분리막을 통과하여 양극재와 음극재가 접촉하게 되면 쇼트로 인해 화재가 발생합니다.

정확히 어느 정도의 기간 동안 전기차를 사용하게 되면 이 리튬 축적물이 쌓여 화재를 발생시키는지 확인되지 않았기 때문에 많은 전문가들은 전기차가 아직 시기상조라는 의견을 내놓기도 합니다.

전기차 화재 해결 방안

배터리에서 발생하는 화재를 방지하기 위해 전해질이 고체로 되어 있어 양극과 음극을 철저하게 분리하는 전고체 배터리가 현재 안전성과 성능을 모두 확보한다 하여 차세대 배터리로 알려져 있으며 많은 기업들이 연구 개발에 박차를 가하고 있습니다.

다만, 전고체 배터리의 상용화까지는 아직 시간이 많이 남아 있기 때문에 그전까지 이 화재로부터 운전자를 보호할 수 있도록 배터리에서 화재가 발생하더라도 운전자가 대피할 수 있도록 화재를 일정 시간 동안 막아주는 기술들과 소재들이 개발되고 있으며 전기차 보편화가 늦어지지 않도록 조만간 적용될 것으로 예상됩니다.

WRAP-UP

오늘은 전기차 화재 원인인 배터리에 생기는 덴드라이트의 생성 과정과 현재 전기차 화재를 방지하기 위한 시장의 동향에 대해 간단하게 알아보았습니다. 전기차 시장이 크게 성장하고 있는 시점에 화재라는 불안감으로 성장이 뒤처지지 않도록 하루빨리 안정화가 되었으면 좋겠습니다.