히트브레이크과학동아리 물리온

온라인 체험관

불은 한 칸에서
옆 칸으로 옮겨붙는다

배터리 팩 안에는 작은 배터리가 여러 개 들어 있습니다. 화재가 커지는 진짜 이유는 그중 하나가 뜨거워져 옆 칸으로 옮겨붙기 때문입니다. 우리는 배터리와 배터리 사이만 바꿔서 이 번짐을 얼마나 늦출 수 있는지 실험하고 있습니다.
그 실험을, 여기서 직접 해 보세요.

열 확산 실험해 보기 내 배터리 안전 점검
우리가 조사한 실제 사고
14건
지금까지 실험해 본 사람
–명
안전 점검을 마친 사람
–명

01 — 왜 이걸 연구하나

우리가 직접 모은 14번의 불

기사와 소방·행정 발표를 하나씩 찾아 읽고 정리했습니다. 전기자전거·킥보드·보조배터리 — 우리가 매일 쓰는 것들입니다. 14건 가운데 11건은 충전 중이거나 집 안에 두고 있을 때 일어났습니다.

각 카드의 출처는 실제 보도·기관 자료입니다. 사건 개요는 보도 내용을 요약한 것이며, 화재 원인은 조사기관 발표를 그대로 옮겼습니다.

02 — 온라인 실험실

셀 사이를 직접 설계해 보세요

배터리 두 개가 나란히 있고, 왼쪽 하나에서 열이 나기 시작했습니다. 옆 셀은 얼마나 빨리 뜨거워질까요? 얼마나 띄울지 · 사이에 무엇을 넣을지를 고르면 곡선이 바로 움직입니다. 아래 선택지는 우리가 실제로 만들어 실험한 조건 그대로입니다.

우리가 실제로 확인한 것(같은 조건 3번씩, 모두 30번 측정) — 셀을 붙여 놓았을 때 옆 셀은 10분 동안 21.3 ℃ 올랐고, 3 mm를 띄우자 14.8 ℃로 줄었습니다. 그런데 4 mm로 더 벌려도 13.7 ℃로 조금만 나아졌습니다. 간격을 벌릴수록 옆 셀이 늦게 데워졌지만, 3 mm에서 4 mm로 벌릴 때는 조금밖에 나아지지 않았습니다. 그래서 공간을 덜 쓰는 3 mm를 최종 간격으로 정했습니다.
재료도 비교했습니다(같은 3 mm 틈 · 같은 두께). 세라믹 파이버 판을 세우니 아무것도 넣지 않았을 때보다 3.4 ℃ 덜 올랐습니다(11.4 ℃). 운모 판은 아무것도 넣지 않았을 때와 거의 같았습니다(14.3 ℃). 불에 타지 않으면서 옆 셀 온도가 덜 오른 세라믹 파이버를 골랐습니다.
홀더 모양도 같은 3 mm에서 비교했습니다 — 셀과 넓게 닿는 육각형 구멍과 좁게 닿는 원형 구멍을 3D 프린터로 만들었습니다. 원형 구멍은 세 번 잴 때마다 비슷하게 올랐고, 육각 구멍은 잴 때마다 크게 달랐습니다. 그래서 세라믹 파이버와 원형 구멍을 골랐습니다.
시판 홀더와 비교했습니다 — 시판 배터리의 홀더(셀 사이 1.10 mm)에서는 옆 셀이 10 ℃ 오르기까지 6.2분, 우리가 고른 구조에서는 8.4분이 걸렸습니다. 모형 실험에서 시판 홀더보다 2.2분 더 걸렸습니다.

배터리 사이를 얼마나 띄울까 3 mm

발열 셀 바깥면과 옆 셀 바깥면 사이의 거리입니다. 띄울수록 열이 늦게 건너가지만, 배터리도 그만큼 커집니다. 4 mm를 눌러 보세요 — 팩 공간을 9.6 % 더 쓰지만 옆 셀 온도는 조금밖에 낮아지지 않습니다. 그래서 공간을 덜 쓰는 3 mm를 택했습니다.

사이에 무엇을 넣을까 아무것도 넣지 않음

공기만 있습니다. 공기는 그 자체로 아주 좋은 단열재지만, 빛처럼 곧장 건너오는 복사열은 막지 못합니다.

무엇으로 만들까 세라믹 파이버

세라믹 파이버가 열을 덜 전합니다. 운모는 공기보다 열을 20배쯤 잘 전해서, 판을 세워도 아무것도 넣지 않았을 때와 거의 같았습니다.

이 그래프는 무엇인가요?

여기 있는 조건은 간격도 구조도 전부 우리가 실제로 재 본 것입니다(같은 조건 3번씩, 모두 30번). 곡선은 그 측정값에 맞춰 놓은 모형이고, 재 보지 않은 조합을 고르면 화면이 그렇다고 알려 줍니다.

  • 왜 온도가 낮나요? 진짜 배터리를 태우지 않습니다. 정해진 전기로 모형 배터리 하나만 데워 불이 크게 번지기 직전 단계만 흉내 냅니다. 진짜 열폭주는 800~1,000 ℃까지 오릅니다.
  • 왜 ‘처음 5분’을 따로 보나요? 세라믹 파이버를 쓴 판 · 육각 구멍 · 원형 구멍은 10분 뒤 온도가 서로 거의 같았습니다(11.4~12.5 ℃). 그래서 처음 5분 동안 오르는 모양을 세 번씩 겹쳐 보았습니다 — 원형 구멍은 세 번이 비슷했고, 육각 구멍은 크게 달랐습니다.
  • ‘거의 같다’는 언제 쓰나요? 같은 조건을 세 번 재면 10분 뒤 온도가 ±0.6 ℃쯤 흔들렸습니다. 그래서 차이가 그 두 배(1.2 ℃) 안이면 어느 쪽이 낫다고 하지 않고 ‘거의 같다’고 적습니다.
  • ‘잰 값’ 표시는 뭔가요? 우리가 직접 측정한 조합에는 잰 값이라고 씁니다. 처음 5분 속도는 모형이 실제를 못 따라와서, 화면에는 측정한 숫자를 그대로 보여 줍니다. 10 ℃ 오르기까지 걸린 시간도 측정한 숫자입니다(곡선에서 읽으면 0.5분까지 차이가 납니다).
  • ‘10 ℃ 오르기까지’는 무엇인가요? 옆 셀 온도가 처음보다 10 ℃ 오를 때까지 걸린 시간입니다(세 번 잰 평균). 오래 걸릴수록 열이 늦게 건너간 것입니다. 시판 배터리의 홀더(6.2분)와 비교합니다.
발열 셀과 인접 셀, 그 사이 구조의 단면 그림
3 mm · 아무것도 안 넣음 (기준) 내 설계
시간에 따른 인접 셀 온도 곡선. 기준 구조와 내 설계를 비교합니다.

옆 셀이 10 ℃ 오르기까지 시판 홀더는 6.2분

–분

–

10분 뒤 옆 셀 온도

–℃

–

처음 5분, 옆 셀이 데워진 속도 0–300초

–℃/분

–

10분 뒤 발열 셀 온도 막은 만큼 갇힌다

–℃

–

–

03 — 우리가 하고 있는 것

진짜 불을 내지 않고
어떻게 알아내나

배터리 팩 안에는 작은 배터리(셀)가 여러 개 들어 있습니다. 화재가 커지는 건 그중 하나가 뜨거워져 옆 칸으로 옮겨붙기 때문입니다. 우리는 그 ‘옮겨붙는 속도’를 재고 있습니다.

  1. 01

    진짜 배터리 대신
    ‘가짜 배터리’를 만들었습니다

    진짜 배터리에 불을 붙이는 건 학생이 할 수 있는 일이 아닙니다. 그래서 크기도 무게도 비슷하고 열을 머금는 정도까지 비슷한 모형을 직접 만들었습니다. 안에는 전기로 데우는 열선이 들어 있어서 정해진 만큼만 뜨거워집니다. 불이 나지 않으니 몇 번이든 다시 해 볼 수 있습니다.

  2. 02

    한 번에 딱 하나만
    바꿉니다

    가짜 배터리 세 개를 한 줄로 놓고 가운데 하나만 데웁니다. 그리고 셀 사이만 바꿉니다 — 얼마나 띄울지, 사이에 무엇을 넣을지. 두 개를 한꺼번에 바꾸면 무엇 때문에 좋아졌는지 알 수 없어서, 매번 하나씩만 바꿉니다.

  3. 03

    ‘좋아졌다’ 대신
    숫자로 말합니다

    양쪽 옆 셀의 온도를 1초마다 기록하며 10분 동안 지켜봅니다. 보는 건 두 가지 — 처음 5분 동안 얼마나 빨리 뜨거워졌나, 그리고 10분 뒤 몇 도인가. 그래야 “좀 나아진 것 같다”가 아니라 “분당 1.04 ℃에서 0.66 ℃로 느려졌다”고 말할 수 있습니다.

  4. 04

    늦춘 시간이 곧
    빠져나갈 시간입니다

    열이 옆으로 늦게 가면, 옆 셀이 위험해지는 것도 그만큼 늦어집니다. 그 늦춰진 몇 분이 사람이 냄새를 맡고, 알아채고, 문을 열고 나갈 시간입니다. 우리가 붙잡고 싶은 건 결국 이 몇 분입니다.

지금 솔직하게 말할 수 있는 것

  • 말할 수 있는 것 — 배터리 사이를 어떻게 만드느냐에 따라 옆 셀이 뜨거워지는 속도가 달라진다는 것. 그리고 그 차이를 우리가 숫자로 잰다는 것.
  • 아직 말할 수 없는 것 — 이 구조가 진짜 배터리 화재를 막아 준다는 것. 우리가 다루는 건 불이 크게 번지기 직전 단계이고, 그것도 모형입니다.
  • 지금 상태 — 측정은 끝났습니다(같은 조건 3번씩, 모두 30번). 체험관의 곡선과 숫자는 그 측정값에 맞춰 놓은 것입니다. 다만 재 보지 않은 조합을 고르면 화면이 그렇다고 알려 줍니다.

04 — 30초 자가진단

내 배터리 습관, 지금 안전한가요?

우리가 조사한 14건의 사고에서 거꾸로 뽑아낸 10개 질문입니다. 맞고 틀리고보다, 어떤 습관이 사고와 이어졌는지를 보여 드리고 싶었습니다.

05 — 같이 세어 봐요

우리 동네 충전 자리 점검단

사고는 대부분 충전하던 자리에서 났습니다. 그런데 그 자리가 실제로 어떤 상태인지는 아무도 세어 본 적이 없습니다. 그래서 우리가 세기로 했습니다. 아파트 자전거 보관소, 학교 주차대, 가게 앞 — 지나가다 보이는 곳을 30초만 살펴보고 눌러 주세요. 개인정보는 받지 않습니다. 정확한 주소도 적지 않습니다.

어떤 자리인가요
어느 지역인가요 동 이름까지는 묻지 않습니다

여섯 칸을 모두 고르면 보낼 수 있습니다.

지금까지 모인 점검

–곳

    참여가 쌓이면 “우리 동네 충전 자리 ○○곳 중 △△%가 …”라는 우리만의 숫자가 됩니다. 이 숫자는 기관 제안에 그대로 씁니다.

    06 — 가져가서 쓰세요

    교실에, 복도에, 가게에

    아래 자료는 누구나 내려받아 인쇄하고 붙일 수 있습니다. 학급 게시판, 자전거 보관소, 가게 계산대 — 어디든 좋습니다. 출처만 밝혀 주시면 됩니다. 사고 사례는 언론 보도와 기관 발표가 근거이고, 자료집에 출처가 모두 적혀 있습니다.

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