전고체 배터리 전쟁 | 배터리 이야기 4화
보이지 않는 곳에서 시작되는 작은 반응
어느 날 뉴스에서 이런 장면을 본 적이 있을 것이다.
주차장에 세워진 전기차에서 갑자기 연기가 올라온다. 몇 초 뒤 불꽃이 터져 나온다.
뉴스 앵커는 이렇게 말한다.
“배터리 열폭주로 추정됩니다.”
하지만 여기서 대부분의 사람들은 같은 질문을 한다.
배터리는 도대체 왜 폭발하는 걸까?
리튬 이온 배터리는 기본적으로 세 가지 구조로 이루어져 있다.
충전과 방전이 이루어질 때 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동한다.
이 이온 이동이 바로 우리가 사용하는 전기의 근원이다.
리튬 배터리 내부에는 이온이 이동할 수 있도록 액체 전해질이 들어 있다.
이 전해질은 대부분 유기 용매로 만들어져 있는데 사실 한 가지 문제가 있다.
가연성 물질이라는 점이다.
즉 쉽게 말해 불이 붙을 수 있는 액체다.
배터리가 손상되거나 내부 온도가 상승하면 작은 화학 반응이 시작된다.
이 반응은 열을 만들어 낸다.
문제는 그 열이 다시 또 다른 반응을 일으킨다는 점이다.
이 과정이 반복되면 온도는 급격하게 상승한다.
이 현상을 과학에서는 이렇게 부른다.
열폭주 (Thermal Runaway)
온도가 계속 올라가면 배터리 내부의 전해질이 기화하기 시작한다.
기체는 부피가 커지기 때문에 배터리 내부 압력이 급격히 상승한다.
그리고 어느 순간 그 압력은 배터리 외부를 뚫고 나온다.
이때 전해질이 공기와 만나면 화염이 발생한다.
우리가 뉴스에서 보는 전기차 화재의 많은 사례가 바로 이런 과정에서 시작된다.
이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 오래전부터 한 가지 질문을 던졌다.
“불이 붙지 않는 배터리를 만들 수는 없을까?”
그리고 그 질문에서 등장한 기술이 바로 전고체 배터리다.
다음 이야기에서는 왜 전고체 배터리가 등장했고 왜 아직도 상용화가 쉽지 않은지 살펴보려 한다.