KBSLIFE <재난안전119> (25.8.26.) [안전토크] 코너에서는 KBS 재난방송전문위원 이영주 경일대 교수가 출연해 리튬이온 배터리 화재에 대한 오해를 바로잡고 실질적인 대처법을 제시합니다. 물이나 소화기로는 안 꺼진다는 통념과 달리, 초기 진압의 중요성을 강조하며 보이는 불꽃은 적극적으로 끄고 주변 가연물을 제거해야 한다고 설명합니다. 과충전, 외부 충격, 고온 환경 등 화재의 주요 원인을 명확히 분석하고, 특히 개인형 이동장치(PM)의 위험성과 안전한 충전 및 보관 수칙을 구체적으로 알려줍니다. 이 콘텐츠를 통해 리튬이온 배터리 화재 발생 시 당황하지 않고 생명과 재산을 보호할 수 있는 실용적인 지식을 얻을 수 있습니다.
1. 리튬이온 배터리 화재의 특성 및 초기 대처법
화재 발생 원리: 리튬이온 배터리 내부에서 발생하는 열에 의한 화재는 화학 반응에 의한 발열이다. 겉으로 보이는 불꽃을 물이나 소화기로 끄더라도 배터리 내부에서는 열이 계속 발생한다. 이로 인해 겉불이 꺼져도 열 반응이 계속되어 재발화되거나 인접한 배터리 셀에 영향을 주어 화재가 확대될 수 있다.
초기 진압의 중요성: 물이나 소화기로 완전히 끌 수 없다는 오해 때문에 방치하면 화재가 더 커질 수 있다.
적극적인 진압 필요: 보이는 불꽃은 물이나 일반 소화기로 적극적으로 진압해야 한다.
주변 가연물 제거: 화재가 더 커지지 않도록 주변의 가연물을 치워야 한다.
신고: 불꽃을 제어한 상태에서 빨리 신고해야 한다.
잘못된 대처법: 담요나 이불로 덮는 것은 위험하다. 담요나 이불은 질식 소화의 개념으로 산소 공급을 차단하여 겉불을 끌 수 있지만, 내부 발열 반응으로 인해 담요나 이불에 다시 불이 붙어 화재가 커질 수 있다. 불연 재질의 방화포가 아닌 이상, 덮는 행위는 피해야 한다.
효과적인 대처법: 물에 담그는 것이 좋은 방법이다. 물이나 소화기로 냉각시켜 주변으로 불꽃의 영향이 미치지 않게 하는 것이 좋다. 가능하다면 배터리를 물에 완전히 담가 주변에 열이 미치지 않게 하는 방법도 효과적이다.
[화재 위험 시 행동 요령]
충전 중 이상 징후 발생 시: 빨리 전기를 차단하고, 물이나 일반 소화기로 보이는 불꽃을 진압해야 한다.
충전 외 상황에서 이상 징후 발생 시: 빨리 베란다나 주변에 가연물이 없는 곳에 갖다 놓고 상황을 지켜봐야 한다.
환기: 밀폐 공간은 가스 발생으로 위험하므로 창문을 열어 환기를 잘 시켜야 한다.
소형 가전: 소형 가전의 경우 물이나 일반 소화기로 일단 끄는 것이 중요하다. 방치하면 주변으로 화재가 확산될 수 있으므로 적극적으로 진압해야 한다.
2. 아파트 리튬이온 배터리 화재 사례 분석
2.1. 서울 마포구 창천동 아파트 화재 발생 및 초기 조사
화재 발생: 8월 17일 오전 8시 10분경 서울 마포구 창천동 아파트 14층 세대 내에서 화재가 발생했다. 이 화재로 20대 아들과 60대 어머니가 사망하고, 아버지를 포함한 주민 10여 명이 부상당했다. 화재 발생 당시에는 노후 아파트 화재 문제로 집중되었으나, 이후 리튬 배터리 화재 가능성이 제기되었다.
화재 원인 추정: 화재 현장에 있었던 유족은 방에서 충전하던 전동 스쿠터용 배터리가 폭발하면서 불이 시작되었다고 진술했다. 현장 감식 과정에서 전동 스쿠터 배터리가 발견되어 리튬 배터리 화재 가능성이 이슈로 전환되었다.
목격자 진술의 불확실성: 목격자 진술은 경황이 없어 화재 진행 전후를 정확히 파악하지 못했을 가능성이 있어, 화재 감식 및 조사 과정에서 발화 위치와 확산 흔적 등을 종합적으로 고려하여 원인을 규명할 예정이다.
2.2. 화재 진압 시간 및 스프링클러 미작동 문제
긴 진압 시간: 화재 진압에 3시간 30분 정도가 소요되어, 다른 아파트 화재에 비해 시간이 오래 걸렸다.
연기 확산: 14층에서 발생한 화재 연기가 계단실이나 엘리베이터 홀 등 공용부를 통해 상층부로 많이 확산되었다.
수색 및 구조 우선: 소방대는 화재 진압보다 건물 내 인명 수색 및 구조 작업을 먼저 진행한다.
진압 과정: 8시 11분 최초 신고 접수 후 8시 15분 현장 도착, 8시 17분 수색 시작, 8시 25분경 진압으로 진행되었다.
초진 및 완진: 초진까지 약 1시간 30분, 완진까지 최종적으로 3시간 정도 소요되었다.
스프링클러 미작동: 해당 아파트에는 스프링클러가 일부만 설치되어 있었다. 아파트 건설 당시 법령에 따라 16층 이상인 층에만 스프링클러를 설치하게 되어 있었다. 화재가 발생한 14층에는 스프링클러가 설치되어 있지 않아 초기 진압이 이루어지지 못했다. 당시 법령상 적법하게 지어진 건물이었으므로, 스프링클러가 있었는데 작동하지 않았거나 설치 대상인데 설치되지 않은 문제가 아니었다.
3. 리튬이온 배터리 화재의 위험성 및 원인
3.1. 서울대 실험실 및 양평 주택 화재 사례
서울대학교 관악 캠퍼스 화재: 자율주행차 축소판인 무선 조종 자동차(RC카) 연구 실습실에서 16V 리튬이온 배터리 충전 중 연기가 발생하여 화재로 이어졌다. 이 불로 다친 사람은 없었으나, 건물 내 학생 40명이 대피했다.
경기 양평군 주택 화재: 낚시용 조명의 리튬이온 배터리가 충전 중 터지며 불이 났다.
화재 통계: 최근 5년간 리튬이온 배터리 관련 화재는 총 678건으로, 연평균 100건 이상 발생하고 있다. 주요 원인: 배터리 과충전 등이 주요 원인으로 꼽힌다.
소방당국 당부: 충전 완료 시 플러그를 뽑아 전원을 차단하고, 외출 시나 잠잘 때 장시간 충전을 삼갈 것을 당부했다.
3.2. 배터리 용량과 화재 위험성
전압보다 용량: 전압이 높다고 해서 화재 위험이 커지는 것은 아니며, 전력량(용량)이 클수록 화재 발생 가능성이나 위험이 더 크다. 전력량은 전압에 전류량(암페어)을 곱한 값으로, 시간당 공급할 수 있는 전류량을 의미한다.
소형 리튬이온 배터리: RC카나 소형 가전에 사용되는 배터리는 화재가 나더라도 크게 위험하지 않다. 발생할 수 있는 발열량이 제한적이므로, 최초 발화원 역할은 할 수 있어도 강력한 화세를 형성하지는 않는다. 주변에 가연물만 없다면 자체적으로 타다 꺼지거나 충분히 진압할 수 있다.
전기차 배터리의 위험성: 그러나, 전기차 배터리는 소형 배터리와 다르다. 차량을 움직이기 위해 매우 많은 전력량을 가지고 있으며, 수백 개의 배터리 셀이 묶여 있다. 연쇄적인 열폭주 현상과 폭발이 일어나기 쉽고, 가연성 재료가 많으며 에너지 밀도가 높아 이상 반응 가능성이 높다.
3.3. 고온 환경과 화재 발생 가능성
온도 영향: 정상 온도보다 온도가 높거나 열기가 더해지면 화재나 이상 발생 가능성이 높아진다.
계절적 증가: 2024년 5월 49건, 6월 51건, 7월 67건으로 날씨가 더워지는 계절에 화재 발생이 증가하는 추세를 보인다.
열폭주 위험: 리튬이온 배터리가 고온 환경에 노출되면 이상이 발생하고, 열폭주로 이어져 화재 발생 가능성을 높인다.
적정 온도 유지: 항상 적정한 온도에서 배터리를 유지 관리하는 것이 가장 중요하다.
4. 개인형 이동장치(PM) 화재 위험성 및 안전 수칙
4.1. 개인형 이동장치(PM) 화재 현황 및 원인
화재 발생 제품: 최근 5년간 발생한 리튬이온 배터리 화재 678건 중 가장 많이 발생하는 것은 전동 킥보드이다.
압도적인 비율: 전동 킥보드가 전체 개인형 이동장치 화재의 77.3%를 차지한다.
전동 킥보드의 높은 화재 위험 원인: 배터리 위치와 구조적 특성 때문이다.
배터리 위치: 킥보드는 발판 하부 쪽에 배터리가 위치한다.
외부 충격 취약: 바퀴가 작고 무게 중심이 낮아 주행 중 바닥이나 속도 방지턱 등에서 직접적인 물리적 충격을 받기 쉽다.
배터리 손상: 이러한 충격이 배터리에 가해져 배터리 이상으로 이어질 가능성이 높다.
지속적인 충격: 무리한 충격뿐만 아니라 지속적으로 자주 충격에 노출되는 것이 배터리 이상 원인이 된다.
4.2. 과충전 및 외부 충격 실험 결과
과충전 실험: 리튬 배터리 12개가 묶인 전동 킥보드 배터리를 과충전 상황을 가정하여 온도를 300도 가까이 높였더니,
금세 연기가 피어오르고 붉은 불길이 치솟았으며, 잠시 후 폭발음과 함께 연쇄 폭발(열폭주 현상)로 이어졌다. 실험에 사용된 배터리는 겉면이 심하게 손상되고 까맣게 그을렸다.
외부 충격 실험: 리튬이온 배터리가 장착된 전동휠에 망치로 충격을 가했더니, 순식간에 불꽃이 튀고 연기와 함께 열폭주 현상이 나타났다. 외부 충격으로 배터리가 손상되면 화재 위험이 더 커진다.
주의사항: 배터리는 충격에 매우 취약하므로, 떨어뜨리거나 손상이 발생한 경우 반드시 폐기 처분해야 한다.
보조 배터리 실험: 휴대전화 등에 많이 쓰는 보조 배터리도 실험했는데, 충전 완료 5분 만에 연기가 나고 배터리가 부풀어 오르며 불이 붙었다.
화재 원인 통계: 최근 5년간 개인형 이동 장치 화재 62건 중 51%는 과충전이 원인으로 지목되었다.
소방당국 당부: 리튬이온 배터리 화재는 일반 소화기나 물로 완전히 끄기 어려우므로, 과충전 보호 장치를 장착한 정식 인증 제품을 사용하고 충전 완료 시 즉시 전원을 분리할 것을 당부했다.
5. 리튬이온 배터리 화재의 심화 이해 및 안전 관리
5.1. 화성 리튬 전지 제조 공장 화재와 열폭주 현상
화성 리튬 전지 공장 화재: 2023년 경기 화성 리튬 전지 제조 공장 화재는 20여 명의 사망자를 발생시켰으며, 연쇄 폭발과 열폭주 현상이 원인으로 지목되었다.
배터리 종류의 차이: 해당 공장에서 사용된 리튬 전지는 일상생활에서 사용하는 리튬이온 전지(재충전 가능)와는 다르다.
이 공장에서는 재충전이 불가능한 1차 전지인 '리튬 티오닐 전지'를 사용했다.
높은 위험성: 리튬 티오닐 전지에 포함된 염화티오닐(thionyl chloride, SOCl2)은 폭발성과 화재 위험성이 매우 높다.
제한적 사용: 이 배터리는 군용이나 산업용으로 제한적으로 사용되는 특성을 가지고 있어, 일반 생활 속 배터리 화재와 동일하게 생각할 필요는 없다.
[공장 화재 확대 원인]
소형화된 배터리가 공장 전체를 태울 만큼 크게 위험해진 이유는 다음과 같다.
대량 적치: 작업장에 배터리 약 35,000개가 적치되어 있었다.
연쇄 열폭주: 한 배터리에서 발생한 열이 다른 전지에 연쇄적으로 열폭주를 일으키고, 그 열이 또 다른 전지에 영향을 미쳐 전체가 타들어 가는 큰 화재로 확대되었다.
결론: 일반 생활 속에서 소량의 소형 리튬이온 배터리를 가지고 있는 경우, 공장 화재처럼 크게 위험하다고 보기는 어렵다.
[과충전 및 외부 충격 시 폭발 메커니즘]
과충전: 충전 중 과충전되면 전압이 상승하고, 배터리 내부의 전해질 물질이 증발하여 가스가 발생한다.
압력 상승 및 폭발: 이 가스가 팽창하면서 압력이 상승하고 폭발로 이어진다.
열폭주: 폭발은 다시 전압 상승으로 이어지며 열적인 영향을 받아 열폭주 현상이 발생한다.
외부 충격: 외부 충격에 의해 전극이나 분리막이 손상되면, 전해액과 리튬이 격렬하게 반응하여 발열 반응이 일어나고, 이 발열 반응이 열폭주로 이어진다.
보호 회로의 중요성: 대부분의 충전 장치나 배터리에는 과충전을 막기 위한 보호 회로가 장착되어 있다.
고장 시 위험: 이 보호 회로가 고장 나면 과충전을 제어할 수 없어 배터리가 위험한 상황으로 이어질 수 있다.
5.2. 개인형 이동장치(PM) 충전 및 보관 안전 수칙
PM 충전의 어려움: 전기차와 달리 개인형 이동장치(PM)는 전용 충전 시설이나 장소가 지정되어 있지 않아 충전에 어려움이 있다.
실외 충전의 한계: 실외 충전 시설이 부족하고, 공동주택에서는 공용 전기 사용 문제로 주민 간 갈등이 발생할 수 있다.
화재 인지 지연: 외부에 충전 시 화재 발생을 빨리 인지하지 못해 더 위험해질 수도 있다.
[실내 충전 시 필수 안전 수칙]
야간 충전 금지: 야간에 꽂아 놓고 잠들지 말아야 한다.
깨어 있는 동안 충전: 사람이 깨어 있는 동안 충전하고, 자기 전에 완충 후 플러그를 뽑는 것이 가장 좋다.
대피 경로 확보: 현관이나 출입구 주변에서 충전하는 것을 삼가야 한다.
위험성: 출입구에서 화재가 발생하면 대피가 어려워 더 위험한 상황이 될 수 있다.
5.3. 비행기 내 보조 배터리 화재 사례 및 휴대 수칙
비행기 내 화재 사례: 비행기 오버헤드 빈(수납함)에 보조 배터리를 넣은 짐을 보관했다가 화재가 발생하여 주변 짐으로 옮겨붙는 아찔한 상황이 있었다.
위험성: 비행 중이었다면 더 큰 인명 사고나 비행기 추락 등 심각한 위험으로 이어질 수 있었다.
안전한 휴대 방법: 보조 배터리나 휴대용 전자기기는 짐에 넣어 보이지 않는 곳에 두기보다는 항상 본인이 가지고 있거나 시야에서 확인할 수 있는 위치에 두는 것이 가장 안전하다.
이상 징후 조기 인지: 배터리 화재는 강력한 폭발보다는 징후가 먼저 나타나므로, 이상 징후 발생 시 빨리 확인하여 조치하면 위험을 줄일 수 있다.
개인 휴대 강조: 반드시 본인이 휴대해야 한다.
비닐 팩 및 스티커의 효과: 비행기 탑승 시 보조 배터리를 비닐 팩에 넣거나 스티커를 붙이는 조치의 효과는 제한적이다.
비닐 팩에 넣어 휴대하라는 것은 짐에 넣지 않고 본인이 직접 이상 상황을 확인하라는 취지로 이해될 수 있다. 그러나 비닐 팩은 가연성이 높은 재질이므로, 발열이나 이상 발생 시 오히려 불이 빨리 옮겨붙어 화재를 확산시킬 가능성이 있다.
온도 변화 감지 스티커를 붙인다 해도, 누군가 계속 온도를 확인하지 않으면 이상 징후를 알 수 없다.
결론적으로 비닐 팩이나 스티커보다는 본인이 직접 휴대하고 이상 징후를 인지하는 것이 가장 중요하다.
