스마트폰의 리튬이온 배터리가 폭발사고를 일으키는 이유와 그 해결방법은?

종합

말총머리 2017. 3. 16. 12:02

리튬이온 배터리 기술에 대해 해설하고 있는 The Verge는 "배터리에 사용되는 화학물질이 폭발하고 싶어하는 것은 자연스러운 일"이라고 말한다.

리튬이온 배터리로 사용되고 있는 재료는 항상 폭발의 위험노출되어 있는 상태라고 합니다.

특히 이론적 상한치의 90%에 달하고 있는 것으로 알려진 현재의 리튬이온 배터리는 매우 높은 에너지가 배터리셀 안에 갇혀있는 상태로 되어 있기 때문에 일단 문제가 발생하면 갇혀있던 에너지가 한꺼번에 방출되어 버리게 됩니다.

리튬이온 배터리의 구조를 간단하게 설명하면 그 내부는 양극과 음극이라는 2개의 전극 및 그 전극이 접촉하지 않도록 절연하기 위한 세퍼레이터 그리고 전해질로 구성되어 있습니다.

리튬이온 배터리는 양극의 소재에 리튬 산화물을 이용하여 전력의 원천이 될 리튬이온을 생성하는 구조로 되어 있기 때문에 그 명칭으로 불립니다.

리튬이온 배터리가 충전될 때 내부적으로는 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하여 에너지가 축적됩니다.

그리고 배터리에서 전력을 꺼낼 때 양극에서 음극으로 리튬이온이 이동하여 전류가 발생하는 구조로 되어 있습니다.

이때 내부에 이온(전자)를 이동시키기 위한 물질이 전해질입니다.

2개의 전극이 직접 닿지 않도록 하기위해 삽입되는 것이 세퍼레이터입니다.

세상을 떠들썩하게 한 Galaxy Note 7의 배터리는 이 세퍼레이터에 결함이 있고 2개의 전극이 직접 닿아버려 단번에 전류가 발생하여 폭발로 이어졌다고 추측되고 있습니다.

리튬이온 배터리를 안정적으로 동작시키기 위해 중요한 것은 온도 관리와 과충전 방지입니다.

둘다 안전에 직결되는 사항으로 리튬이온 배터리는 이 제어를 위해 많은 기술이 투입되고 있습니다.

전자가 이동하는 전해질은 열에 민감한 특성이 있어 강한 전류가 흐르거나 고온의 환경에 노출된 상태로 전자가 이동하면 화학반응이 일어나 가스 및 열이 발생합니다.

이 열에 의해 화학반응이 일어나는 악순환으로 리튬이온 배터리는 열폭주 상태가 되어 폭발, 화재로 이어지게 됩니다.

스마트폰과 카메라 등 리튬이온 배터리를 사용하는 장치는 본체의 온도가 너무 높으면 자동으로 전원이 종료되는 기능이 탑재되어 있는데 이것은 리튬이온 배터리의 열폭주 을 방지하기 위해 내장된 보호기능입니다.

과충전은 배터리에 축적되는 용량을 초과하는 에너지를 보내는 경우 발생합니다.

리튬이온 배터리의 경우 양극으로 이동하는 리튬이온이 너무 많은 경우에 발생합니다.

충전속도를 느리게 해도 과충전은 방지할수 없습니다.

따라서 리튬이온 배터리에 충전된 용량을 모니터링하는 기능이 포함되어 있으며 항상 적절한 배터리 잔량을 파악할수있게 되어 있습니다.

밤새 스마트폰을 충전기에 연결하더라도 자동으로 충전이 정지하는 안전장치가 내장되어 있습니다.

급속충전 역시 리튬이온 배터리에 손상을 주는 요인이 될수 있습니다.

이러한 사고를 방지하기 위해 재료의 개량이 계속되고 있으며 높은 열이 가해져도 가스가 발생하기 어려운 대체재가 연구되고 있습니다.

배터리 기술은 지금까지도 진화를 계속하고는 있지만 그 속도는 구매자의 요구에 부응할만한 수준에는 도달하지 못하고 있습니다.

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