침윤성 소화약제에 의한 리튬이온 배터리의 열폭주 전이 억제 특성

The Characteristics of Suppressing Thermal Runaway Propagation in Lithium-ion Batteries by Fire Extinguishing Wetting Agents

최근 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)과 관련된 화재로 인해 인명 및 재산 피해가 지속적으로 발생하고 있다. ESS는 화재 시, 1,100 ℃ 이상의 열을 방출하는 열폭주 특성을 가지고 있으며 특히 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 인접한 배터리 셀에 열폭주를 빠르게 전이시키므로 이에 대한 대비가 시급한 상황이다. 따라서 당사에서는 Encapsulator로 알려진 침윤성 소화약제(Wetting Agent)를 사용하였다. 위 소화약 제 특징은 물을 캡슐화하여 소화수 침투력 강화, 연기제거 효과 증가, 냉각 성능 증가로 소화 성능을 증대시킨 약제이며 이는 리튬이온 배터리 화재에 적응성이 있을 것으로 판단하였다. 이에 본 연구에서는 판매 중인 강화액 및 침윤제 소화기의 소화약제와 앞서 소개한 침윤성 소화약제를 열폭주가 발생하는 리튬이온 배터리에 소화 실험하여 그 결과를 비교하였다. 소화약제의 소화 성능을 검토하기 위해 NCM 파우치형 배터리 셀 2개(379.04 Wh × 2)에 히터를 배터리에 밀착시켜 배터리 열폭주를 발생시킨 뒤 침윤성 소화약제, 물, 시중에 판매 중인 강화액, 침윤제를 3~4 L, 10 bar 방출하여 인접한 배터리의 열폭주를 억제 여부를 확인하였다. 열폭주 전이 억제 여부는 인접한 배터리의 열폭주 및 화염 분출 여부, 소화약제 방출종료 후 20 min 동안 재발화 여부, 전압 정상값 측정 3가지로 판별하였다. 강화액, 물, 침윤제 소화약제는 히터를 밀착한 배터리에서 열폭주 발생 약 2 min 뒤, 인접한 배터리에서 열폭주 발생을 확인하였고 침윤성 소화약제는 방출 20 min 뒤에 재발화가 발생하지 않고 또한 전압 정상으로 측정되어 열폭주 전이 억제를 확인 할 수 있었다. 본 연구는 NCM 파우치형 배터리의 열폭주 발생 시 시중에서 판매 중인 소화약제와 자사에서 침윤성 소화약 제를 방출하여 인접한 셀의 열폭주 전이를 억제하는 특성을 확인하였다. 후속 연구로 규모를 증대하여 배터리 모듈 및 랙을 대상으로 실험을 수행할 계획이며 ESS 배터리 소화 방법에 대해 다각적인 도움이 될 것으로 기대한다.