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휴대용 보조 배터리는 편리한 충전 기능을 제공하지만, 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)의 화재 위험성이 문제로 대두되고 있습니다. 최근 국내외 항공기에서 보조 배터리로 인한 화재가 발생하며, 이에 대한 안전 대책이 요구되고 있습니다.
1. 리튬이온 배터리의 특징과 용도
리튬이온 배터리는 에너지 밀도, 안전성, 수명 등에 따라 용도가 달라지며, 특히 전기차 및 스마트 기기에서 다양한 형태로 활용되고 있습니다
1) 리튬이온 배터리 종류별 특징과 용도
| 종류 | 특징 | 용도 |
| 리튬코발트산 (LCO) | 높은 에너지 밀도 | 스마트폰, 노트북 |
| 리튬망간산 (LMO) | 높은 열 안정성, 빠른 충·방전 | 전기차, 의료기기, 전동 공구 |
| 리튬철인산 (LFP) | 긴 수명, 높은 안전성 | 전기차, 에너지저장장치(ESS), 산업용 기기 |
| 리튬니켈망간코발트 (NMC) | 고에너지 밀도, 높은 출력 | 전기차, 전동 드릴, 전력 저장장치 |
| 리튬니켈코발트알루미늄 (NCA) | 매우 높은 에너지 밀도 | 테슬라 전기차, 고성능 배터리 |
2) 리튬이온 배터리 종류별 장단점
| 종류 | 장점 | 단점 |
| 리튬코발트산 (LCO) | 경량, 스마트기기 적합 | 열 안정성 낮음, 고온 폭발 위험 |
| 리튬망간산 (LMO) | 전기차, 전동 공구에 적합 | 수명 짧음, 용량 감소 |
| 리튬철인산 (LFP) | 고온 안정성 우수, 충방전 수명 길음 | 에너지 밀도 낮음 |
| 리튬니켈망간코발트 (NMC) | 중·대형 기기 사용 가능 | 코발트 사용으로 원가 높음, 발열 관리 필요 |
| 리튬니켈코발트알루미늄 (NCA) | 고성능 전기차에 적합 | 열 안정성 낮음, 발열 위험 |
2. 휴대용 배터리가 화재를 일으키는 이유
1) 리튬이온 배터리의 화학적 특성
리튬이온 배터리는 고에너지 밀도를 가지며, 내부 화학 반응으로 인해 일정 온도를 초과하면 열 폭주(Thermal Runaway)가 발생할 수 있습니다. 이는 배터리 내 전해질이 과열되며 가연성 가스를 방출하게 되고, 폭발 및 화재로 이어질 수 있습니다.
다음은 열폭주 현상을 설명하는 하나의 예입니다. 출처는 Guchen Electronics입니다.
(1) 초기 단계 (SEI 분해, 전해질 반응) - 69°C 이상
✔ 이때 발생하는 초기 열로 인해 배터리의 전해질이 반응을 시작하며, 내부 온도가 100°C를 넘어서면서 화학 반응이 가속화됩니다.
(2) 분리막 손상 및 전해질 분해 - 130~200°C
✔ 200°C에 도달하면 전해질이 분해되면서 불안정한 화학 물질(HF, PF₅ 등)이 방출됩니다.
(3) 양극 분해 및 산소 방출 - 300°C 이상
✔ 이 단계에서 배터리는 자체 발열이 극도로 증가하며, 폭발 또는 화재가 발생할 가능성이 매우 높아집니다.
(4) 열폭주 확산(Thermal Runaway Propagation)
열폭주(Thermal Runaway)는 배터리 내부에서 발생하는 화학 반응으로 인해 온도가 통제되지 않고 급격히 상승하는 현상을 의미합니다. 배터리 셀 내부에서 생성되는 열이 방출되는 속도보다 축적되는 속도가 빠를 때 발생하며, 이 과정에서 가연성 가스, 내부 단락, 화재 및 폭발로 이어질 수 있습니다.
한 개의 배터리 셀에서 발생한 열폭주가 주변 배터리 셀로 확산되는 과정을 의미합니다. 이 과정은 자동차 등의 화재사고와 관련이 있습니다. 위 참고 자료에서는 열폭주 확산의 원인을 다음과 같이 설명하고 있습니다.
✔ 열 전도(Thermal Energy Conduction)
- 폭주한 배터리의 열이 인접한 배터리로 전달되어 연쇄적인 온도 상승을 유발.
✔ 전기적 전도(Electrical Energy Conduction): - 내부 단락이 발생하면, 인접 배터리에서 폭주한 배터리로 전류가 흐르며 추가적인 온도 상승.
✔ 기계적 손상(Mechanical Energy Conduction): - 폭주한 배터리의 폭발 압력이 주변 배터리를 물리적으로 손상시키며 추가적인 열폭주 유발.
✔ 분출된 가스 및 화재(Ejecta Fire): - 열폭주가 발생한 배터리는 고온의 가연성 가스 및 금속 입자를 방출하며, 주변 배터리의 온도를 높이고 추가적인 연소를 유발.
(4) 요약
위 이미지에서 좌측의 배터리 구조와 중앙의 온도 상승 과정은 참고 자료에서 설명한 열폭주 과정과 일치합니다.
- 69°C에서 SEI 분해 → 100°C에서 전해질 반응 → 130°C에서 분리막 손상 → 200°C에서 전해질 분해 → 300°C에서 양극 분해 및 산소 방출 → 최종 폭발 및 화재
2) 배터리의 손상
- 배터리가 기내 수납 선반(오버헤드빈)에서 충격을 받거나 눌리는 경우 내부 회로 손상으로 인해 단락(Short Circuit)이 발생할 가능성이 있습니다.
3) 제조 결함
- 불량 배터리는 정상적인 사용 중에도 과열될 가능성이 있으며, 일부 저품질 보조배터리는 과충전 방지 회로가 부족해 화재 위험이 높습니다.
4) 고온 환경에서의 폭발
- 리튬이온 배터리는 온도에 민감한 화학 물질로 구성되어 있으며, 특정 온도를 초과하면 내부 압력이 상승하면서 폭발 위험이 커집니다.
- 기내 선반(오버헤드빈)은 통풍이 제한된 폐쇄 공간으로, 외부 온도가 높거나 기내 공조 시스템이 미흡할 경우 내부 온도가 급상승할 수 있습니다.
- 특히, 배터리가 높은 온도에 장시간 노출되면 전해질이 분해되면서 가연성 가스가 생성됩니다.
- 이 과정에서 내부 전압이 불안정해지고, 양극과 음극 간 단락(Short Circuit)이 발생하면 급격한 열 폭주(Thermal Runaway)가 일어날 수 있습니다.
- 이로 인해 배터리 셀이 부풀어 오르거나 폭발 및 화재로 이어질 가능성이 있습니다.
3. 국내외 보조 배터리 화재 사례
- 에어부산 BX391편 (2025년 1월, 대한민국): 김해공항에서 홍콩으로 출발하려던 에어부산 항공기에서 기내 수납 선반에서 화재 발생. 보조 배터리가 원인으로 추정됨.
- 아시아나항공 OZ8913편 (2024년 4월, 대한민국): 김포공항 출발 제주행 항공기에서 보조 배터리에서 연기가 발생하여 승무원이 즉각 진압.
- 로얄 에어 필리핀 RW602편 (2024년 2월, 필리핀): 보라카이에서 상하이로 가는 항공편에서 승객의 보조배터리 폭발로 인해 항공기가 홍콩으로 긴급 회항.
이 사례들은 보조배터리의 화재 위험성을 다시 한번 강조하며, 기내 반입 규정 강화와 승객의 올바른 보관 방법이 필수적임을 보여줍니다.
4. 기내에서 보조배터리를 안전하게 사용하는 방법
1) 기내 휴대 시 직접 관리: 보조배터리는 승객이 직접 보관하고, 오버헤드빈에 보관하지 않는 것이 안전합니다.
2) 고온 환경 피하기: 직사광선이 강한 곳이나 고온 환경에서는 사용을 자제하고, 과열 방지 기능이 있는 배터리를 사용하는 것이 좋습니다.
3) 충격 방지: 기내 이동 중 충격을 최소화하기 위해 케이스에 보관하고 보호 필름을 부착하는 것이 도움이 됩니다.
4) 기내 반입 규정 준수
항공기 안전을 위해 100Wh 이하의 보조배터리만 기내 휴대 가능하며, 위탁수하물로 부치는 것은 금지되어 있습니다. 이는 리튬이온 배터리의 화재 및 폭발 위험성 때문입니다.
리튬이온 배터리는 온도 변화와 충격에 민감하여 위탁수하물로 운송될 경우 충격, 압력, 온도 변화로 인해 단락(Short Circuit) 또는 열 폭주(Thermal Runaway) 현상이 발생할 가능성이 높아집니다. 이에 따라 국제민간항공기구(ICAO) 및 국제항공운송협회(IATA)는 보조배터리의 위탁수하물 운송을 금지하고 있습니다.
또한, 100Wh 초과 160Wh 이하의 보조배터리는 항공사 승인 필요하며, 160Wh를 초과하는 배터리는 기내 반입이 불가능합니다. 보조배터리는 승객이 직접 관리할 수 있도록 휴대하는 것이 가장 안전한 방법입니다.
5. 결론
휴대용 보조배터리는 편리하지만, 화재 위험을 수반할 수 있습니다. 최근 국내외에서 발생한 항공기 내 배터리 화재 사례는 이러한 위험성을 경고하고 있으며, 기내 반입 규정을 철저히 지키고 보관 방법을 개선하는 것이 중요합니다. 여행객들은 항공사의 안전 규정을 숙지하고, 보조배터리 사용 시 세심한 관리가 필요합니다. 항공사 및 공항 관계자들도 승객들에게 보다 명확한 정보 제공과 안전한 배터리 사용 방법을 안내해야 할 것입니다.