소형 리튬이온 배터리 개발·수리 작업환경에서 화재 위험 저감 방안

초록

본 연구는 소형 리튬이온 배터리(LIB) 개발·수리 작업환경에서 열폭주 발생 시 화재 위험을 저감하기 위한 '즉시 격리 침수(Immediate Isolation Immersion)' 개념을 제안하고, 시제품 기반 예비 실증을 통해 그 타당성을 검토하였다. 기존 연구는 전기자동차(EV)·에너지저장장치(ESS) 등 대형 시스템 중심으로 축적되어왔으며, 소형 배터리의 연구·수리 작업환경을 직접 대상으로 한 공학적 안전설계 연구는 제한적이다. 소방청 통계에 따르면 2019~2023년 소형 LIB 관련 화재 612건 중 수리 중 발생이 7.4%, 수리점에서의 발생이 19.0%를 차지하여, 해당 작업환경의 화재 위험이 현실적으로 존재함을 보여준다. 선행연구들은 수계 침수 방식의 효과를 보고하고 있으나, 이동식 침수조 방식은 이송·설치·급수 과정에서 시간·공간·동선 제약이 상존한다. 이에 본 연구는 작업대와 수계 소화매체를 공간적으로 통합하여 레버 조작만으로 배터리를 즉시 낙하·침수시키는 '즉시 격리 침수' 개념에 기반한 배터리 안전 작업대 시제품을 제작하고, SoC 80% 파우치형 배터리에 물리적 손상을 가해 열폭주를 유발하는 실험을 통해 일반 작업대와 초기 대응시간 및 온도 변화를 비교하였다. 그 결과, 초기 대응시간은 일반 작업대 평균 23.8초(표준편차 4.7초) 대비 배터리 안전 작업대 1초 미만으로 95.8% 이상 단축되었다. 열폭주 배터리 제거 직후 해당 위치의 온도는 2회 반복 측정 평균 기준 일반 작업대 121.9℃에서 배터리 안전 작업대 25.3℃로 약 96.6℃ 낮았으며, 배터리 안전 작업대는 약 20초 이내에 13℃ 수준으로 빠르게 안정화되었다. 이러한 결과는 즉시 격리 침수 개념이 소형 LIB 개발·수리 작업환경에서 대응시간 단축과 열적 노출 저감에 유효한 공학적 제어 방향임을 시사하며, 다양한 배터리 조건·설계 변수에 대한 체계적 실증 및 제도화 연구가 후속 과제로 제안된다.

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