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F40 소화설비 리튬 금속 배터리 vs 리튬 이온 배터리 화재 대응 차이
- 작성일2024/06/27 16:58
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리튬 금속 배터리 vs 리튬 이온 배터리 화재 대응 차이.pdf
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리튬 금속 배터리 vs 리튬 이온 배터리 화재 대응 차이
국가화재평가원
전성호 원장 소방기술사 / 소방시설관리사
※ 본 기고는 개인적인 견해임을 전제합니다.
리튬이 배터리의 주요 원료로 사용되는 이유
1.배터리는 에너지를 필요할 때 사용하기 위한 에너지 저장장치로서, 많은 에너지를 저장하고 필요 시 저장된 에너지를 꺼내 사용할 수 있어야 합니다.
2.따라서, 에너지 저장 밀도가 높고 반응성도 높아야 합니다.
3.리튬은 주기율표 좌측에 위치한 1족 원소로 최외곽 전자가 한 개이므로 반응성이 높고, 원자번호 3번으로 가벼워 상대적으로 단위 무게당 에너지를 많이 저장할 수 있습니다.
4.즉, 리튬은 배터리 원료의 2가지 요건인 고에너지 밀도와 반응성 요건에 모두 부합하는 원소입니다.
리튬 이온 배터리 vs 리튬 금속 배터리 화재 대응 차이
1.리튬 이온 배터리는 양극에 사용되는 원료로 리튬에 다른 원소 코발트, 니켈, 망간 등 를 첨가하는 산화물 형태로 적용되며 보통의 ESS설비와 전기자동차에 주로 적용되는 배터리입니다.
2.리튬 금속 배터리는 리튬 금속을 양극으로 사용하며 리튬 이온배터리에 비해 이론상 저장용량이 높습니다.
3.리튬 이온 배터리와 리튬 금속 배터리는 리튬이라는 공통된 원소를 사용하지만 화재 대응은 큰 차이가 날 수 있습니다.
4.이유는 적용되는 리튬의 순도와 배터리 내부에 존재하는 형태에 기인합니다.
5.리튬 금속 배터리는 리튬 금속 자체를 음극으로 사용하기 때문에 물과 반응 시 가연성 가스가 발생할 수 있으며, 이는 초동대응 수단에서 리튬이온 배터리와 큰 차이를 발생시킵니다.
6.위의 그림에서 보듯이 리튬 금속 배터리는 리튬 금속을 그대로 양극에 사용하고 있습니다. 이는 물과 접촉 시 발화 위험을 높일 수 있습니다.
리튬 이온 배터리 vs 리튬 금속 배터리 구조 및 관리 차이 및 제안
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구분 |
리튬 이온 배터리 |
리튬 금속 배터리 |
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양극 |
리튬 산화물 등 |
리튬 금속 |
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에너지 밀도 |
높은 에너지 밀도 |
리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도 |
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주 사용용도 |
2차 전지 ESS, 전기차 |
1차 전지 군용 등 |
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안전Issue |
손상되거나, 과충전 또는 고온에 노출되면 열 폭주 빠르고 제어할 수 없는 온도 상승 가 발생할 수 있음 |
리튬 금속은 반응성이 큰 물질로 민감하여, 손상 또는 고온, 습기에 노출되면 열 폭주가 발생할 수 있음 |
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환경관리 |
온도와 습도에 민감하며 고온 및 일교차가 큰 환경에서 발화 위험 가능성 높음 – ESS 설비는 항온 항습기 적용 |
온도와 습도에 민감하며, 리튬 금속으로 인하여 리튬이온 배터리 보다 습기에 취약할 수 있음 |
리튬 이온 배터리 vs 리튬 금속 배터리 화재 대응 차이 및 제안
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구분 |
리튬 이온 배터리 |
리튬 금속 배터리 |
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화재성장 속도 |
•매우 빠름
• 전세계적으로 전기차 화재를 Fast-Medium으로 통용함
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•매우 빠름
• Off 가스 배출 후에는 Fast 이상의 성장 속도를 보임
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연기,유독가스 |
•다량 발생
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•다량 발생
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소화약제 |
•많은 양의 물
•냉각효과가 큰 액체형 소화약제
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•마른 모래 등
•리튬 금속 화재용 소화약제
•물 사용에 대하여 신중하여야 함
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초기 대응 |
•액체형 대형 소화기 냉각효과
•옥내소화전
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•마른 모래 등
•리튬 금속 화재용 대형 소화기
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화재 대응 |
•대량의 주수, 방수
•화재확대 방지를 위한 주변 방수
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•마른 모래 등의 대량 투사 취급 공정이 단층구조여야 대량 투사 용이
•화재확대 방지를 위한 주변 방수
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리튬 이온 배터리 vs 리튬 금속 배터리 구조시설 차이 및 제안
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구분 |
리튬 이온 배터리 |
리튬 금속 배터리 |
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건축물 구조 |
•내화구조의 건축물
•피난계단 방화구획
•고위험 공정은 방화구획으로 구획
•배터리 제조, 취급, 저장 구역은 창문은 망입유리 적용 단, 탈출용 창문은 개방이 가능하도록
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•단층구조 지하층 없음
•내화구조의 건축물
•고위험 공정은 방화구획으로 구획
•배터리 제조, 취급, 저장 구역 창문은 망입유리 적용 단, 탈출용 창문은 개방이 가능하도록
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소방설비 |
•배터리 제조소등에는 연기감지기 우선 선정
•배터리 제조소등은 주변 소음보다 10dB 이상의 경보음 확보
•배터리 제조소등은 리튬이온에 적응성 있는 대형소화기 비치
•계단 출입구 주변 공기호흡기 비치
•각 층마다 옥내소화전 설치
•배터리 제조, 취급, 저장 구역은 스프링클러 설치 일정규모별 선택
•외부 옥외소화전 설치
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•배터리 제조소등에는 연기감지기 우선 선정
•배터리 제조소등은 주변 소음보다 10dB 이상의 경보음 확보
•배터리 제조소등은 마른 모래 또는 리튬 금속에 적응성 있는 대형소화기 비치
•계단 출입구 주변 공기호흡기 비치
•외부 옥외소화전 설치
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피난 |
•제조, 취급, 저장 구역은 장변의 ½이상 이격된 양방향 피난구 확보
•피난계단 방화구획
•피난계단 일부 의 출구 중 하나는 바로 옥외와 연결됨
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•제조, 취급, 저장 구역은 장변의 ½이상 이격된 양방향 피난구 확보
•위의 피난구 중 하나는 외부와 바로 연결됨
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염수 탱크 |
•연구/검수 공정에 염수통 비치
• 연구과정과 검수 과정에서 이상 발열 시 담궈 배터리 방전
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제조공정 후 안정화 작업 |
•필요함
•내화구조 격벽으로 구획된 장소에서 안정화 수행
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•필요함
•내화구조 격벽으로 구획된 장소에서 안정화 수행
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-본 칼럼은 국가화재안전저널 제 40호에 기고된 글입니다.