[알아봅시다] 휴대폰 배터리의 구조ㆍ안전성

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리튬이온전지 - 전해용액 외부 금속 캔으로 싸여 폭발땐 큰사고
리튬이온폴리머 - 젤 형태의 전해질?특수필름 재질로 위험성 적어

리튬, 고온ㆍ공기 접촉하면 발화
과충전ㆍ심한 충격 피해야 안전



지난 11월 28일 충북 청원에서 당초 휴대폰 배터리 폭발로 인해 사망한 것으로 추정된 사고가 발생했습니다. 휴대폰이 들어있었던 시신의 상의 왼쪽 주머니 부위가 검게 타고, 화재로 구멍이 난 것처럼 보여 당시 전문의가 휴대폰 배터리 폭발로 사망한 것 같다고 감정해 사회적 이슈로 떠올랐었는데요. 휴대폰 배터리 폭발로 국내 처음 사망사고가 발생했다고 떠들썩했었죠. 그러나 경찰과 국립과학수사연구소의 조사결과, 휴대폰 배터리 폭발로 사망한 것이 아니라 중장비로 치어 목숨을 잃은 것으로 밝혀지면서 단순 `해프닝'으로 끝나고 말았습니다. 하지만 당시 휴대폰 배터리는 외부 충격으로 인해 과열로 눌어붙은 것만은 사실입니다. 이번 사건으로 국내 휴대폰 배터리 안정성에 대한 사회적 경각심과 논란이 다시 한번 불거졌습니다. 세계적으로 해마다 끊이지 않고 있는 휴대폰 배터리 사고, 왜 배터리가 폭발하는지, 현재 만들어지고 있는 배터리는 안전한지 등을 살펴보겠습니다.

◇휴대폰 배터리의 종류와 구조=현재 사용되는 휴대폰 배터리는 대부분 각형의 리튬이온전지와 리튬이온폴리머 전지라고 보면 됩니다. 리튬은 지구상에 존재하는 어떤 원소보다 `전위차'가 커 높은 효율의 충방전을 가능케하기 때문에 최적의 전지 물질로 통합니다. 하지만 리튬은 그만큼 폭발이나 화재의 위험이 큰 물질이기도 합니다.

먼저 휴대폰용 리튬이온전지의 내부는 어떻게 구성되는 지 알아보겠습니다. 리튬이온전지는 1991년 소니가 처음 상용화했습니다. 리튬이온전지는 분리막 사이로 리튬금속산화물로 이뤄진 양극, 보통 흑연 등이 주로 쓰이는 탄소계화합물로 이뤄진 음극이 있습니다. 양극과 음극 물질 주변은 리튬염 등의 전해용액이 채워져 있습니다. 이같은 내부 물질을 보호하기 위한 외부 금속 캔이 있는데, 보통 알루미늄 재질의 것이 쓰입니다. 전기 신호가 가해지면 양극의 리튬금속산화물에서 나오는 리튬이온이 전해용액을 지나 음극의 탄소계화합물로 이동하면서 전기가 발생하는데, 이것이 시간이 지나면서 양이 많아지면서 충전되는 것이라고 이해하면 됩니다. 거꾸로 음극의 리튬이온이 양극으로 흐르면 이것이 곧 방전이고, 휴대폰 회로에 필요한 전기를 공급하게 되는 것입니다.

리튬이온폴리머 전지의 내부 구조는 리튬이온 전지와 크게 다를 바가 없습니다. 다만 리튬이온전지처럼 액체의 전해용액을 사용하는 것이니라 말랑말랑한 젤 형태의 전해물질을 사용하는 것이 다릅니다. 젤 형태의 전해질을 폴리머 전해질이라고 합니다. 또 외부 금속 캔 대신 플라스틱 필름재질의 파우치로 싸여있다는 정도가 다릅니다.

◇휴대폰 배터리의 안전성= 휴대폰용 리튬이온 또는 리튬이온폴리머가 폭발해서 사람이 죽을 수 있을까요. 정답은 죽을 수 있으나, 죽을 확률은 매우 희박하다는 것입니다. 리튬이온폴리머 전지보다는 리튬이온전지가 폭발해 사고를 일으킬 확률이 더 높습니다. 그 이유는 뭘까요. 리튬이라는 물질은 기본적으로 폭발, 발화의 위험성을 가지고 있습니다. 리튬은 고온이나 일반 공기와 맞닿을시 불이 붙는 인화성질을 갖고 있기 때문입니다. 리튬이온전지의 경우 외부의 강한 충격이나 압력 따위로 내부에 양극이 접합되는 변형이 오거나 가열하면 전지 내부의 온도와 압력이 급속히 올라가게 됩니다. 이 때 리튬이온전지를 싸고 있는 금속 캔이 부풀어오르다 압력을 견디지 못해 폭발하고, 내부의 리튬 성분이 공기와 만나면서 발화하게 되는 겁니다. 실제 지난 7월 중국의 한 제철소 용접공이 고온상황에서 작업하던중 휴대폰 리튬이온전지 폭발로 사망한 사건이 일어나기도 했었죠. 이는 금속 캔의 파편이 터지면서 심장을 다치게 했기 때문입니다. 그렇다면 리튬이온폴리머 전지는 왜 리튬이온전지보다 덜 위험할까요. 그것은 리튬이온폴리머 전지가 금속 캔 대신 내부 압력에 잘 찢어지는 특수필름 재질로 돼 있는데다 리튬이온이 담겨있는 전해질이 젤 형태여서 외부로 잘 흘러나오지 않기 때문에 폭발할 가능성이 거의 없기 때문입니다.

전문가들은 리튬이온폴리머 전지의 경우 폭발 확률이 거의 0%에 가깝고, 리튬이온전지의 경우도 내부에 쇼트 차단회로나 온도감지센서 등이 정상적인 안전기준을 따르는 제품일 경우 폭발할 확률이 매우 낮다고 합니다. 그래도 항상 휴대폰 배터리는 과충전하지 말고, 고온 상태에 방치하지 말아야 하며, 심한 충격을 주어서는 안된다는 것을 잊지말아야 하겠습니다.

김승룡기자 srkim@

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