콘칼로리미터를 이용한 충전상태에 따른 배터리화재 특성 연구

A Study on Battery Fire Characteristics According to the State of Charge Using Cone Calorimeter

최근 다양한 재생에너지의 활용으로 리튬이온배터리를 활용한 ESS(Energy Storage System)산업이 발달하고 있다. 리튬이온배터리는 에너지를 저장하여 사용하는 다양한 방법 중 중금속을 사용하지 않고 기억 효과가 없으며 에너지 용량이 우수하다는 장점 때문에 가장 많이 상용화되어있다. 하지만 리튬이온배터리의 전해액은 충전상태에 따라 이온 상태로 존재하며, 전해액에 사용되는 리튬은 불안정한 원소로 공기 중의 수분 등과 만나 급격한 반응을 통해 폭발하기 쉽다는 특징으로 현재 국내·외에서는 ESS 화재나 전기자동차 폭발 등과 같은 안전과 관련된 문제들이 계속해서 보고되고 있다. 본 연구는 이러한 리튬이온배터리의 화재의 특성을 파악하기 위해 수행되었으며, 배터리 전해액의 이온화 정도에 따른 화재의 위험성을 판단하기 위하여 SOC(State of Charge), 즉 배터리의 충전상태를 변수로 콘칼로리미터 실험을 수행하였다. 시료는 18650 배터리를 사용하였고, 충전상태에 따라 열방출률과 매연을 관찰한 결과 배터리의 충전상태에 따라 최대 열방출률의 변화와 폭발의 유무가 확인되었다. 이와 같은 결과를 통하여 SOC가 높아질수록 배터리가 폭발할 가능성이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 본 연구를 통하여 배터리의 화재시 폭발 정도와 열방출률을 예측하여 안전설계에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.