리튬의 교훈과 한계

Ford의 Model T가 휘발유 구동 자동차를 우리 사회에 널리 보급하기 전에는 유해 배출이 적기 때문에 안목 있는 소비자들이 전기 자동차를 선호했습니다. 이제 EV의 복귀가 임박했을 뿐만 아니라 사실상 필수입니다. 온실가스 배출에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 여러 주에서 향후 석유 구동 자동차 판매를 금지하는 상황에서 지난 몇 년 동안 EV 판매가 급격히 증가했으며, 데이터에 따르면 전환한 사람들은 뒤돌아보지 않고 있습니다.

전기 자동차에 대한 증가하는 수요에 부응하려면 이러한 차량에 전력을 공급하는 배터리는 안전하고 저렴하며 쉽게 조달할 수 있어야 합니다. 리튬 이온(Ii-ion) 배터리는 에너지 밀도 덕분에 지금까지 청정 에너지 기술에 사용되어 왔지만 완벽한 솔루션은 아닙니다. 이러한 배터리의 원자재 공급은 지정학적 변동이 발생하기 쉬운 소수의 국가에 의해 통제되는 반면, 가전제품부터 전력망에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 수요가 증가했습니다.

리튬 이온 배터리에는 화재 우려, 공급망 불안정과 관련된 가격 상승, 생산을 둘러싼 환경적 영향도 있습니다. 전 세계적으로 인간이 배출하는 탄소 배출량을 계속해서 줄이려면 에너지 밀도가 높은 고성능 배터리가 필요합니다. 그러나 이를 위한 수단으로 리튬 이온 기술에 의존하면 변화 가능성이 제한될 수 있습니다.

리튬 이온 배터리가 전원으로 널리 사용됨에 따라 안전 위험, 즉 열 폭주로 인한 배터리 화재에 대한 보고도 늘어나고 있습니다. 전기스쿠터 배터리가 과열돼 다가구 주택과 아파트에 불이 붙어 주민이 사망했다는 뉴스가 나오고 있다. 뉴욕시에서만 작년에 216건의 배터리 화재가 발생했으며 올해 1월과 2월에는 최소 24건의 화재가 발생했습니다.

리튬 이온 배터리 화재가 왜 그렇게 치명적인지에 대한 요약: 열 폭주 상태의 배터리 셀에 실제로 불이 붙기 전에 불화수소 및 일산화탄소와 같은 가연성 가스를 배출합니다. 이러한 독성 증기는 연소 순간 몇 시간 동안 건물을 통해 스며들 수 있습니다. 불이 붙으면 폭발을 일으키는 경우가 많으며, 후속 화재가 건물을 삼키는 데는 1000분의 1초밖에 걸리지 않습니다.

미국 국토안보부 산하 연방재난관리청에 따르면 가정용 배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 설치는 2014년부터 2018년까지 매년 200%씩 증가했습니다. 태양 에너지를 사용하는 가정에서 리튬 이온 배터리가 점점 보편화됨에 따라 폭주 화재로 인한 인명 피해 위험이 증가하고 있습니다. 미국 전역의 소방관들은 이미 리튬 이온 배터리 화재를 심각하고 점점 커지고 있는 문제로 보고 있습니다. 이러한 사고가 계속되면 소비자는 위험이 너무 크다고 인식하기 때문에 주거용 배터리 저장 장치에 투자하려는 의욕을 잃게 될 것입니다.

전기 그리드 애플리케이션의 경우 리튬 이온 배터리 오작동으로 인한 피해는 안전 문제 그 이상입니다. 리튬이온 배터리는 발전량이 많은 기간에 생성된 에너지를 저장하고 발전이 거의 또는 전혀 없을 때 이를 공급하기 위해 태양광 및 풍력 에너지를 포함한 재생 에너지 시스템에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 전 세계 발전소에서 발생한 배터리 화재는 막대한 재정적 손실과 인프라 피해를 초래해 궁극적으로 재생에너지로의 전환을 방해하고 있습니다. 최근 캘리포니아에서 발생한 화재로 인해 1번 고속도로가 부분적으로 폐쇄되고 불타는 저장 컨테이너 북쪽 7평방 마일에 대한 대피 명령이 내려졌습니다.

전기 자동차는 인간이 만든 탄소 배출을 줄이기 위한 리튬 이온 기술의 가장 유망한 응용 프로그램 중 하나이지만 EV의 배터리는 예고 없이 화염에 휩싸이는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 여러 셀이 서로 다른 열폭주 단계에 있을 수 있기 때문에 리튬 이온 배터리 팩은 첫 번째 불꽃이 꺼지고 위험이 겉보기에 사라진 후에도 몇 시간 또는 며칠 후에 다시 불이 붙을 수 있습니다.