열폭주란? 전기차 배터리 폭발 메커니즘 완전 분석

열폭주란? 전기차 배터리 폭발 메커니즘 완전 분석

 

전기차 배터리 화재는 단순한 연소가 아닙니다. 그 핵심에는 ‘열폭주(Thermal Runaway)’라는 자체 증폭적 폭발 메커니즘이 숨어 있습니다. 이 글에서는 열폭주가 어떻게 시작되고, 왜 위험한지, 그리고 이를 막기 위한 최신 기술은 무엇인지 살펴봅니다.

🔥 열폭주란 무엇인가?

열폭주는 리튬이온 배터리 내부에서 화학반응이 자가 촉진되어 폭발적 에너지로 이어지는 현상입니다. 쉽게 말해, 일정 온도를 넘기면 내부 반응이 열 → 더 큰 반응 → 더 큰 열로 이어지는 폭주 상태가 되는 것입니다.

🧪 열폭주 발생 단계

1. 과열 – 충전, 방전, 외부 온도 상승, 충격 등에 의해 내부 온도 상승
2. 전해질 분해 – 80~120℃ 이상에서 인화성 가스 발생
3. 음극·양극 반응 가속 – 150℃ 이상에서 자체 산화열 발생
4. 가스 팽창 및 압력 상승 – 셀 부풀고 배터리 팩 터짐
5. 인화·폭발 – 200~300℃ 이상에서 불꽃과 화염 분출
6. 인접 셀 확산 – 열이 주변 셀로 전이되며 연쇄 화재 발생

이 모든 과정은 수 초에서 수 분 안에 급속히 진행되며, 소방 인력의 개입 전 이미 대형 화재로 이어질 수 있습니다.

📦 전기차 배터리 구조와 열폭주의 관계

• 🔋 셀(Cell): 기본 전기 단위 – 열폭주 시작점
• 📦 모듈(Module): 셀 여러 개의 묶음
• 🚗 팩(Pack): 차량 하부 전체 배터리 시스템

하나의 셀에서 열폭주가 시작되면 냉각 장치나 차단 기술이 없을 경우 모듈 전체로 급속히 번질 수 있습니다.

🧯 열폭주의 위험성

• 🔥 화재 진압 난이도 높음: 내부 반응은 외부 냉각으로 억제 불가
• 💥 폭발 가능성: 고온·고압의 인화성 가스 축적
• 🔄 재점화 위험: 화재 후에도 셀 내부 반응 지속
• 🚧 구조적 확산: 인접 셀·차량으로 빠르게 번짐

일반 화재와 달리 열폭주는 근본적으로 화학반응 제어가 핵심입니다.

🛡 열폭주 대응 기술

• 🧊 수냉식 냉각: 열폭주 확산 속도 늦춤
• 🧱 셀간 방화 차단막: 모듈 내 확산 최소화
• 📡 BMS(배터리관리시스템): 과충전/과열 감지 및 차단
• 🧪 불연성 전해질 연구: 인화성 낮은 화학 조성 개발
• 🚗 고체전지: 전해질이 고체 → 열폭주 위험 극소화

2025년 현재, 가장 주목받는 대응책은 셀 구조 개선 + BMS 정밀 제어 + 고체전지 기술입니다.

🔚 마무리

전기차는 이제 일상이 되었지만, 보이지 않는 배터리 내부에서의 화학적 위험은 여전히 존재합니다. **열폭주**는 그 중심에 있는 핵심 개념으로, 소비자와 제조사 모두 **그 메커니즘을 정확히 이해하고 대비**해야 합니다.