리튬 이온 에너지 저장 장치의 화재 안전 강화 : 위험, 화학 및 표준 이해

리튬 이온 에너지 저장 장치의 화재 안전 강화: 위험, 화학 및 표준 이해

Drew Bandhauer , 2025년 8월 15일

 

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 화재 안전이라는 중요한 주제를 살펴보면 리튬 이온(Li-ion) 기술 안전 분야의 발전상을 확인할 수 있습니다. 이러한 시스템이 점점 더 보편화됨에 따라, 시스템의 작동 방식을 이해하는 것은 시스템의 잠재력을 안전하고 효율적으로 활용하는 데 매우 중요합니다.

 

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[리튬이온 모듈의 오용/발화 테스트 진행 중. 왼쪽은 연기가 나고 오른쪽은 불꽃이 튀고 있습니다. 이미지: UL 연구소]

 

리튬 이온 에너지 저장 장치의 화재 안전 강화 : 위험, 화학 및 표준 이해

Drew Bandhauer , 2025년 8월 15일

 

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 화재 안전이라는 중요한 주제를 살펴보면 리튬 이온(Li-ion) 기술 안전 분야의 발전상을 확인할 수 있습니다. 이러한 시스템이 점점 더 보편화됨에 따라, 시스템의 작동 방식을 이해하는 것은 시스템의 잠재력을 안전하고 효율적으로 활용하는 데 매우 중요합니다.

 

BESS 보안 이해 : 열폭주 관리

 

열을 주는 배터리나 셀에 기계 또는 전기화학적 이론 모듈이 단락되어, 고전류 작은, 온도를 상승시키면 현상이 발생합니다. 이 열은 빠르게 확산됩니다. "열폭주" 효과를 볼 수 있습니다. 열의 관심을 끌기 위해 셀에서 뜨거운 가스가 배출되는 벤팅(venting)이 있습니다(그림 1 참조). 주 이미지에서 볼 수 있는, 행동은 문제의 첫 번째로 작용하는 경우를 나타냅니다. 일반적으로 행위 발생 후 발생하는 불꽃(flaming)은 더 많은 문제를 일으키지 않습니다(주 이미지 참조).

[ 단자판을 이용한 리튬 원통형 셀 미래 ]

 

구원을 위해 노력하는 것은, 조금이라도 조치를 취하고 관리하기 위해 사전에 조치를 취하는 것입니다. 격의 OEM(주문자 상표체 생산) 배터리 시스템에는 시스템이 꺼지게 만들 수 있는 주요 요인과 전류 및 과전압과 동일한 상태를 방지하는 보안 기능이 차단되어 있습니다.

이란 품질 관리와 배터리 기술 발전으로 열량주에 대한 전망이 크게 예상됩니다. 팔꿈치 받침대(SEI)는 굴절을 방지하여 배터리 성능에 중요한 역할을 합니다. SEI 층이 잘 형성되고 유지 보수 및 모니터링을 통해 배터리 수명을 최대 25%까지 연장할 수 있습니다. 또한, 기술 혁신과 확장 안전성 기준은 BESS의 신뢰성을 자랑합니다.

이러한 발전에는 잠재적 문제의 조기 징후를 감지하는 최첨단 모니터링 시스템, 압력 상승을 완화하는 선제적 및 사후적 환기 시스템, 그리고 열과 화재 확산을 제한하는 구성 요소 간 단열 개선이 포함됩니다. 액체 냉각과 같은 향상된 냉각 방식 또한 시스템 내 열을 관리하여 열 폭주를 방지하는 데 도움이 됩니다.

이러한 다층적 보호와 지속적인 혁신을 통해 오늘날의 BESS 솔루션은 더욱 안전하고 탄력적이며, 증가하는 에너지 수요를 자신 있게 충족할 수 있는 준비가 잘 갖춰져 있습니다.

 

배터리 화학 성분 비교

 

2010년대 미국에서 유틸리티 규모 에너지 저장 장치가 성장함에 따라 니켈-망간-코발트(NMC) 계열이 주류를 이루었습니다. 니켈-코발트-알루미늄(NCA) 계열은 시장 점유율이 낮았습니다. NMC에는 다양한 조성이 사용되었습니다. 코발트 함량이 높을수록 성능과 열 안정성이 향상되는 반면, 니켈 함량이 높을수록 비용은 감소하지만 성능과 안정성에는 영향을 미쳤습니다.

NMC 내에서 다양한 제형이 등장했습니다. 코발트 함량이 높아지면 성능과 열 안정성이 향상되고, 니켈 함량이 높아지면 비용은 감소하지만 성능과 안정성 측면에서 더 큰 상충 관계가 나타났습니다.

 

화학에 따른 열 이벤트 동작

 

NMC 배터리는 NFPA 855 및 UL 9540A와 같은 최신 안전 표준이 개발되기 전에 널리 사용되었습니다. 이러한 표준이 채택됨에 따라 업계는 저렴한 비용과 우수한 열 성능에 매료되어 리튬철인산(LFP) 소재로 빠르게 전환했습니다. LFP 배터리는 NMC 또는 NCA 소재보다 인화점과 발열 속도가 낮아 대규모 화재 시험(LSFT)에서 더 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

반면, NMC 및 NCA 시스템은 열 사고 위험을 완화하기 위해 강화된 방화벽이나 소화 시스템과 같은 추가적인 안전 조치가 필요한 경우가 많습니다. 안전 기준이 발전함에 따라 LFP 기술 또한 발전했습니다. 향상된 성능과 향상된 안전 프로파일 덕분에 LFP는 에너지 저장 분야에서 선도적인 선택이 되었으며, 더욱 안전하고 안정적인 에너지 인프라를 지원합니다.

 

현재 표준 및 새로운 기술

 

2018년부터 2023년 사이에 에너지 저장 시스템에 대한 더욱 엄격한 화재 안전 기준이 채택되면서 BESS 안전 관행이 크게 발전했습니다.

이 중 핵심은 다음과 같습니다.

• UL 9540 : 이 인증은 전체 시스템의 전반적인 설계를 규정하여 BESS의 모든 측면, 즉 전기, 기계, 환경 및 시스템 안전에 대한 규정 준수를 보장합니다.

• UL 9540A : 이 인증은 열 폭주를 유도하여 인접 장치로 전파되지 않도록 하는 셀, 모듈, 랙/장치 및 대규모 수준에서의 테스트를 포함합니다.

• NFPA 855 : BESS 사이트 설계 및 설치를 안내하는 주요 화재 표준으로 다음을 포함한 주요 하위 챕터로 지원됩니다.

•  NFPA 68 : 이 표준은 급속 연소 발생 시 압력을 안전하게 방출하여 건물과 장비를 보호하는 폭연 배기 시스템의 설계 및 설치 지침을 제공합니다. 이 배기 시스템은 열 폭주 시스템에 반응합니다.

•  NFPA 69 : 이 표준은 활성 환기 및 압력 완화를 통해 위험한 연소 사건의 가능성을 줄이는 데 중점을 두고 장비 및 건물에서 폭발을 방지하기 위한 시스템 및 방법의 설계 및 구현을 설명합니다.

•  NFPA 72 : 연기 감지기, 경보 신호 장치, 풀 스테이션, 열 감지기, 화재 경보 제어판 및 관련 요구 사항에 대한 안전 규정을 설명하는 코드입니다.

이러한 표준은 BESS 설계에 대한 필수 요구 사항을 확립하여 열 폭주 사고가 격리 구역 내에 국한되어 확산을 방지하고 통제 불가능한 화재 위험을 효과적으로 완화하여 현장 안전을 크게 향상시킵니다.

고체 전지 및 비리튬 전지와 같은 신기술은 불연성 및 무독성 솔루션을 포함하여 더욱 안전하고 지속 가능한 대안을 위한 길을 열어주고 있습니다. 나트륨 이온 전지와 같은 비리튬 기술은 2010년대 후반 NMC가 리튬 이온 전지를 대체했던 것처럼 리튬 이온 전지를 대체할 것으로 예상되며, 더 안전하고 저렴한 대안을 제공하고 업계에 획기적인 변화를 가져올 것입니다.

이러한 기술 개발 및 도입에 대한 의지는 안전, 지속가능성, 그리고 장기적인 복원력에 대한 업계 전반의 헌신을 반영합니다. 차세대 솔루션을 통합함으로써 BESS의 신뢰성을 강화하는 동시에 더욱 깨끗하고 안전한 에너지 미래를 실현할 수 있습니다.

저장에 대한 수요가 증가함에 따라 BESS는 현대 에너지 인프라에서 기반적인 역할을 수행할 수 있는 좋은 위치에 있습니다. 즉, 위험을 최소화하고, 성능을 극대화하며, 안전하고 지속 가능한 미래를 실현할 수 있습니다.

 

About the Author

 

Drew Bandhauer는 리워드 리뉴어블 에너지(Leeward Renewable Energy)의 BESS 엔지니어로, 회사의 에너지 저장 사업 추진에 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. LRE에 합류하기 전에는 사비온(Savion)에서 프로젝트 엔지니어로, 선런(Sunrun)에서 주거용 애플리케이션 설계 엔지니어로 근무했습니다. 그는 노던 애리조나 대학교(Northern Arizona University)에서 기계공학 학위를 취득했습니다.

 

선진상사는
사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서
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​또한 리튬 이온 배터리 (Lithium-ion Battery), 전기차 배터리 및 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카 배터리, 전동공구 배터리, 전동보드 배터리, 전기자전거 배터리, 인산철 배터리 등 배터리 수거전문 업체입니다.

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