리튬 배터리(Lithium Battery)의 개요
리튬 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명, 낮은 자체 방전율 등의 장점으로 인해 휴대용 전자기기, 전기차, 항공기, 의료기기 등 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. 하지만 이러한 장점과 동시에 과충전, 충격, 단락(short circuit) 등의 이유로 발화 및 폭발 위험이 존재하기 때문에 국제항공운송협회(IATA) 위험물 규정(DGR)에서 **Class 9(기타 위험물)**로 분류됩니다.
리튬 배터리의 종류
리튬 배터리는 크게 **리튬 메탈 배터리(Lithium Metal Battery)**와 **리튬 이온 배터리(Lithium Ion Battery)**로 구분됩니다.
- 리튬 메탈 배터리(Lithium Metal Battery)
- 리튬을 음극으로 사용하며, 1차 전지(비충전식)로 설계됩니다.
- 에너지 밀도가 높아 장시간 사용이 가능하나, 재충전이 불가능합니다.
- 보청기, 시계, 카메라, 군사장비 등에서 사용합니다.
- UN 번호: UN3090(배터리 단독), UN3091(기기 내장 또는 포함됨)입니다.
- 리튬 이온 배터리(Lithium Ion Battery)
- 리튬 화합물을 음극으로 사용하며, 2차 전지(충전식)로 설계됩니다.
- 에너지 밀도가 높고, 충전하여 여러 번 사용 가능합니다.
- 스마트폰, 노트북, 전동 공구, 전기차 등에 사용됩니다.
- UN 번호: UN3480(배터리 단독), UN3481(기기 내장 또는 포함됨).
리튬 배터리의 위험성
리튬 배터리는 화학 반응을 통해 에너지를 저장하고 방출하는 과정에서 다양한 위험 요소를 내포하고 있습니다.
- 과충전(Overcharging) 위험
- 일정 전압 이상으로 과충전될 경우 내부 화학 반응이 불안정해져 가열, 발화, 폭발 위험이 증가합니다.
- 보호 회로(BMS, Battery Management System)가 없는 경우 과충전으로 인해 심각한 화재 사고가 발생할 수 있습니다.
- 단락(Short Circuit) 위험
- 배터리 단자 간 직접적인 접촉이나 내부 결함으로 인해 단락이 발생하면 급격한 열 발생으로 인해 발화 위험이 있습니다.
- 특히 배터리가 손상되거나 외부 충격을 받을 경우 내부 단락이 일어나 폭발할 가능성이 높아집니다.
- 열 폭주(Thermal Runaway) 현상
- 배터리 내부 온도가 급격히 상승하면 화학 반응이 가속화되면서 폭발적인 열 방출이 발생하는 현상입니다.
- 배터리 보호 회로가 없는 경우, 외부 온도 상승이나 과충전으로 인해 열 폭주가 발생할 가능성이 높습니다.
- 기압 및 온도 변화에 따른 위험
- 항공 운송 중 기압이 낮아지거나 온도가 상승할 경우 내부 가스가 팽창하면서 배터리 케이스가 파손될 위험이 있습니다.
- 특히 기내 수화물로 반입되는 경우, 특정 조건에서 화재가 발생할 가능성이 있어 엄격한 규제가 필요합니다.
국제 항공 운송 규정(IATA DGR) 및 포장 기준
국제항공운송협회(IATA)에서는 리튬 배터리의 항공 운송을 위해 엄격한 규정을 적용하고 있습니다.
리튬 배터리 운송 시 UN 번호 및 포장 지침
배터리 유형UN 번호포장 지침 (Packing Instruction, PI)
| 리튬 메탈 배터리(단독) | UN3090 | PI968 |
| 리튬 메탈 배터리(기기 포함) | UN3091 | PI969, PI970 |
| 리튬 이온 배터리(단독) | UN3480 | PI965 |
| 리튬 이온 배터리(기기 포함) | UN3481 | PI966, PI967 |
- **PI965 및 PI968(배터리 단독 운송)**의 경우, 추가적인 테스트 요건과 포장 제한이 있으며, Section IA, IB, II로 세분화됩니다.
- **PI966 및 PI967(기기 포함 운송)**의 경우, 일반적으로 Section II 기준을 따르며 비교적 간소화된 포장 요구 사항 적용 가능합니다.
리튬 배터리 포장 및 라벨링 규정
- 리튬 배터리는 UN인증 포장재를 사용하여 보호해야 하며, 배터리 간 접촉을 방지해야 합니다.
- **화재 방지 포장재(Fire-Resistant Packaging)**를 사용하거나, 완충재를 이용하여 충격을 최소화해야 합니다.
- 배터리에 따라 Class 9 위험물 라벨 및 리튬 배터리 핸들링 라벨(Lithium Battery Handling Label) 부착 필수입니다.
- 배터리의 Wh(와트시) 용량 및 리튬 함량을 명확히 표시해야 합니다.
항공기 내 반입 규정(승객 및 승무원용)
- 기내 반입 수하물: 100Wh 이하 배터리는 별다른 제한 없이 휴대 가능, 100~160Wh 배터리는 항공사 승인이 필요합니다.
- 위탁 수하물: 리튬 배터리 단독 보관 금지, 기기에 장착된 경우만 허용.
리튬 배터리 관련 사고 사례 및 예방 조치
리튬 배터리 관련 항공 사고 사례는 여러 차례 보고되었습니다.
- 2010년 UPS6 항공기 화재 사고:
- 두바이를 출발한 UPS 화물기(Boeing 747-400)가 리튬 배터리 화재로 인해 추락합니다.
- 이후 FAA(미국 연방항공청)는 리튬 배터리 운송 규정을 강화합니다.
- 2016년 삼성 갤럭시 노트7 폭발 사건:
- 배터리 설계 결함으로 인해 다수의 화재 사고 발생합니다.
- FAA는 해당 기기의 기내 반입을 전면 금지하는 조치를 시행합니다.
- 2019년 홍콩 항공 리튬 배터리 화재 사고:
- 항공기 위탁 수하물에서 배터리 발화로 인해 비행기 지연 발생합니다.
예방 조치 및 권장 사항
- 항공 운송 전, 리튬 배터리는 **UN38.3 테스트(국제 운송 테스트 기준)**를 통과해야 합니다.
- 배터리 단락 방지를 위해 개별 포장 및 절연 조치를 철저히 해야 합니다.
- 배터리의 충전량을 30% 이하로 유지하여 운송(FAA 및 IATA 권장 사항).
- 항공사 및 국가별 규정을 사전에 확인하고, 위험물 신고서를 정확히 작성해야 합니다.
결론
리튬 배터리는 현대 산업에서 필수적인 요소이지만, 높은 에너지 밀도로 인하여 항공 운송 시 화재 및 폭발 위험이 존재합니다. 이에 따라 IATA 및 FAA 등 국제 기관에는 엄격한 규제를 마련하고 있으면서, 올바른 포장, 라벨링, 서류 작성 및 운송 절차 준수가 필수적입니다. 안전한 운송을 위해 최신 규정을 숙지하고, 사전 예방 조치를 철저히 이행해야 합니다.