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[자동차 이야기(73)] 전기자동차 배터리

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[자동차 이야기(73)] 전기자동차 배터리

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◇전기자동차 배터리는 리튬배터리
전기자동차 등의 친환경자동차가 빠르게 확산되고 있다. 이런 그중에서 전기자동차는 배터리가 매우 중요하다. 전기자동차의 배터리는 리튬이온 배터리로 지난 200 여년간 생산된 배터리 중에서 가장 효율적인 배터리로 꼽힌다.
작고 가벼운데다 전압도 높다. 리튬이온 전지의 전압은 같은 크기의 일반전지에 비해 거의 두배 수준이다. 그 이유 중 하나는 재료문제이다.
리튬은 다른 금속 이온에 비해 작고 가벼워 에너지 밀도가 높다. 그 덕분에 스마트폰과 노트북의 배터리로 당연히 사용되는 배터리가 되었다.

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전기자동차 리튬배터리


실제로 노트북과 스마트폰이 작고 얇아진 배경은 배터리가 니켈카드뮴 배터리에서 리튬이온 배터리로 바뀐 데에 있다고 할 수 있다. 지금 사용하는 리튬이온 배터리는 기존 리튬이온 전지의 전극에 인산철 입자를 도핑해 전기전도율을 높이며 충전 가능한 2차전지가 표준으로 자리 잡았다.
단점도 있다. 사용한 지 1년여가 넘으면 효율이 급격히 떨어진다는 점이다. 온도 변화가 심하면 쉽게 방전되고 충격에도 약하다. 갑작스런 압력에 전지가 변형되면 내부 온도가 상승해 폭발할 수 있다. 또 수요가 급격히 증가함에 다라 가격도 급상승하고 있다.

차세대 배터리 개발의 핵심은 저장용량과 수명, 소형화다. 배터리 업계 관계자는 아직 리튬이온 전지를 대체할 차세대 표준은 눈에 띄지 않지만 주요 배터리업체들은 리튬폴리머, 리튬황, 리튬에어 등을 연구하며 상용화를 준비하고 있다고 설명했다.
일반적인 보급형 전기자동차는 1회 충전으로 150~200㎞에서 지금은 400㎞이상, 곧 600㎞ 이상으로 늘어날 수 있을 것이다. 이처럼 전기차의 배터리 발전은 급격히 상승하고 있다.
리튬 배터리는 리튬폴리머 전지가 상용화되어 자동차의 요구를 어느 정도 해결하고 있다.
뿐만 아니라 갑작스런 압력에 전지가 변형되면 내부 온도가 상승해 폭발할 수 있는 문제를 근본적으로 해결하기 위한 전고체 배터리의 연구와 투자가 한창이다.

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삼성전자의 휘는 배터리

◇리튬이온 배터리의 모양은?

리튬이온 배터리의양은 반듯한 직사각형이 대부분이다. 원형이나 오각형도 가능하지만 효율이 크게 낮아진다. 하지만 최근 플렉시블 배터리 관련 개발 연구 결과물이 가 속속 나오고 있다. 다양한 모양은 물론 휘거나 구부릴 수 있는 제품을 볼 수 있는 날이 멀지 않았다. 플렉시블 배터리 원리는 액체 전해질을 사용하지 않는 것이 핵심이다.
전지는 보통 양극, 음극, 분리막, 액체 전해질으로 이뤄지는데 분리막과 액체 전해질을 대신해 아주 얇은 종이 같은 고체 전해질을 사용한다.
전기자동차는 기존자동차에 비해 동력을 발생하고 전달하는 부분이 많이 달라진다. 기존자동차의 경우는 엔진에 해당하는 파워트레인(Powertrain)이 차지하는 비중이 매우 높다. 그래서 기존자동차는 본넷이 있는 전면부를 크게 만들어야 한다.

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현대 아이오닉5 전기차 파워트레인

그러나 전기자동차의 경우, 자동차 밑바닥 공간만을 차지해도 충분할 정도이다. 전기자동차의 파워트레인 부품 수는 기존 자동차의 20% 정도밖에 되지 않는다.

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전기자동차 내부 공간 활용


이러한 구조적 변화로 인하여 자동차의 플랫폼이 완전히 바뀌게 된다. 따라서 자동차의 와관과 실내 활용이 완전히 달라지게 된다.

◇전기자동차의 관리는?

일반 운전자들이 알아야 할 사항은 전기자동차는 배터리는 낮은 온도에서 취약하다는 것이다. 그러므로 추운 날은 지하 주차장 등 보온이 유지되도록 하는 것이 중요하다.

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전기자동차 충전

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장형성 신한대 기계자동차융합학과 교수


또 충전 시에는 가급적 천천히 충전하는 것이 온도상승을 막고 충분한 충전이 된다. 과충전으로 인한 배터리 손상은 배터리수명에도 영향을 주므로 주의한다.


장형성 신한대 기계자동차융합공학과 교수