"사용자 수와 비례하는 화재발생"…전기차 화재, 원인은?

최근 전기차 화재 관련 우려로 대중들의 불안감이 커지고 있는 가운데, 배터리 안정성에 대한 제고가 재차 부각되고 있다. 앞서 전기차 과도기라는 시기에 발생한 사건사례들이 존재하는 만큼 현실적인 안전장치가 필요하다는 주장이 제기되고 있다.

6일 금산소방서 등에 따르면 이날 오전 5시쯤 충남 금산군 금산읍 한 주차타워 1층에 충전 중이던 차량에 화재가 발생했다. 해당 사고를 조사한 경찰은 차주 A씨의 기아 EV6가 충전 중 화재가 발생했다고 전했다.

이는 지난 1일 인천시 청라에서 전기차 화재사고가 발생한지 일주일이 채 되지 않아 발생해 우려감을 키우고 있다. 

전기차 사고 사례는 국내를 비롯해 해외 등지에서 다수 발생한 바 있다. 일례로 지난해 8월 러시아 모스크바에서 고독소로를 달리던 테슬라 모델3가 견인트럭과 충돌해 화재가 발생하기도 했으며, 지난해 6월에는 전북 전주시에서 주행 중이던 테슬라 차량에서 화재가 발생했다. 

지난 3일 소방청에 따르면 2018년부터 지난해까지 6년간 전국에서 발생한 전기차 화재는 총 160건이다.

연도별 화재 건수는 ▲2018년 3건 ▲2019년 7건 ▲2020년 11건 ▲2021년 24건 ▲2022년 43건 ▲2023년 72건 등이다. 이는 전기차 사용자가 증가함에 따라 사고 비율도 비례해 증가하는 것으로 분석된다. 특히 올해는 5월까지 27건의 화재가 발생해 1명이 숨지고 1명이 다쳤다.

특히 다중이용시설 지하주차장에서 발생한 전기차 화재는 2018년 0건에서 지난해 10건으로 증가했다. 이 기간 지하 주차장에서 발생한 전기차 화재는 총 21건이다.

이렇듯 전기차 화재 사고가 빈번히 일어나고 있다. 

이날 금산에서 일어난 EV6 전기차 화재에 탑재된 제품은 SK온의 배터리다. 최근 발생한 인천 청라국제도시 지하주차장의 벤츠 전기차 화재사고는 중국 배터리 제조사 파라시스의 제품이 탑재된 것으로 밝혀졌다.

전기차 사고에서 우려되는 부분은 배터리 화재다. 

전기차의 경우 일반 불이 나면 일반 내연기관 차량보다 화재 진압이 훨씬 까다롭다. 전기차에 탑재된 리튬배터리 화재 시 1000도가 넘게 치솟는 '열폭주' 현상이 발생한다. 분말소화기를 사용하더라도 분말이 리튬배터리 내부에 미치지 못하고 냉각 효과도 거의 없다.

특히 니켈 비율이 높은 '하이니켈 양극재'는 용량이 큰 대신 열 안정성이 낮은 단점이 있어 열폭주에 더 취약하다. 

임종우 서울대 화학부 교수 연구진은 열폭주 현상이 기존 예상보다 급격히 악화되는 이유는 배터리 내 음극과 양극 사이 '자가증폭루프' 때문이라고 지난 5일 밝혔다.

연구진은 배터리의 양극과 음극 사이 화학 종이 교환되며 자가증폭루프 반응이 열폭주를 크게 유도하는 것을 관찰했다. 

자가증폭루프는 열폭주 초기 단계에서 흑연 음극재에서 발생한 에틸렌 기체가 하이니켈 양극재로 이동해 양극재 내에서 산소 기체가 탈출하는 것을 유도하고, 양극재 산소 기체가 다시 음극의 에틸렌 기체를 발생시키며 강한 발열 반응을 일으키는 순서로 일어났다. 이와 같은 '자가증폭루프' 도중 생성된 산소와 이산화탄소는 음극 표면에 석출된 리튬과 반응해 배터리 온도를 더욱 올릴 수 있었다.

국내 배터리와 중국산 배터리를 떠나 전기차 배터리 자체의 안정성 문제로 볼 수 있는 대목이다.

전기차 충전업계 관계자는 "발생하는 다수의 전기차 화재는 차량 자체의 배터리 결함으로 발생해 이에 대한 초동대처가 가장 중요하다"고 말했다. 

이호근 대덕대 자동차학과 교수는 "제작결함이 아니라면 배터리 노후화로 인한 덴드라이트(배터리 리튬 침전물이 음극 표면에 쌓여 결정체를 만드는 현상)일 수 있다"며 "침전물이 전극을 따라 자라면서 분리막을 찌르거나 파손해 화재가 일어나는 것"이라고 말했다.

김동하 기자 rlaehdgk@smartfn.co.kr