아르곤 분위기에서 리튬이온배터리 모듈의 열폭주 전파 특성 실험 연구

• 영문명: Experimental Study on Thermal Runaway Propagation Characteristics of Lithium-ion Battery Module in Argon Atmosphere
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 이승현(Seung Hyun Lee)
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회 학술대회논문집』2020년도 춘계학술대회 논문집, 11~11쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2020.07.02

국문 초록

석유자원의 고갈와 환경 오염의 대응책으로 신재생에너지의 보급 정책이 확대되고 있으며, 그에 따라 에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System)의 사용이 급격하게 증가하고 있다. 특히 신재생에너지 보급에 따른 국가적 투자와 정책적 변화는 에너지저장장치에 사용되는 2차 전지의 사용량을 증가시켜 2027년 80 GW 수준으로 저장용량이 확대될 것으로 예측되고 있다. 에너지저장장치에 사용되는 2차 전지 중 리튬이온배터리는 잦은 충·방전에도 성능저하가 적고 에너지 밀도가 높아 에너지저장장치의 주요 에너지 공급원으로 한정된 공간에 밀집되어 배치된다. 하지만 최근 리튬이온배터리의 화재가 빈번하게 발생하지만 일반적인 소화약제(고체에어로졸, 분말소화약제 등)는 적용성이 없어 화재의 진압이 어려운 것이 현실이다. DNV의 배터리 화재 실험보고서에 의하면 배터리의 열폭주 이후 화염의 재발화 방지가 진압 측면에서 가장 어려우며, 열폭주가 일어날 때는 금속화재 및 일반화재, 유류화재, 전기화재 등 복합 화재로 전이되는 것으로 보고되었다. 본 연구에서는 LMO(Lithuim Manganese Oxide) 원통형, NCM(Nickel Cobalt Manganese) 원통형, 각형 리튬이온배터리를 이용하여 모듈 형상으로 모사 후 아르곤 소화약제를 이용하여 산소농도를 0%로 조정하고 외부 열원에 의한 가열 후 열폭주를 발생시키고 주변으로 열폭주를 전파시켜 리튬이온배터리의 열폭주 특성을 분석하였다. 배터리의 SOC(State of Charge)를 100% 충전하였으며, 열전대를 이용하여 시험체 온도를 측정하였다. 시험 결과, 시험체의 온도가 지속적으로 상승하다가 일정 시간 이후 폭발음과 함께 배터리 내부의 전해액이 기화하여 분출되었다. 지속적인 외부 가열로 시험체의 온도가 지속적으로 상승하다가 자연발화와 함께 초당 30℃ 이상의 급격한 온도 상승을 동반한 열폭주가 발생하였으며, 주변에 접해있는 배터리로 지속적으로 전파되는 것을 확인하였다. 본 시험을 통하여 리튬이온배터리의 화재 특성과 열폭주로 전이되는 현상, 주변으로 전파되는 특성을 확인할 수 있었다. 향후 추가적인 연구를 통해 리튬이온배터리의 화재 특성을 분석하여 적용성있는 소화약제 선정 및 소화장치 개발을 진행할 예정이다.

키워드

Lithium-ion Battery Fire Test Energy Storage System Thermal Property