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전기차 배터리 산업 어디까지 왔나?

LIFESTYLE 2020. 7. 1.

코로나 19의 확산도 전기차의 상승세를 누그러트리진 못했습니다. 글로벌 기업이라면 너나 할 것 없이 EV 모델 출시를 앞두고 있죠. 내연기관차에 대항하는 전기차의 무기는 보조금입니다. 올해 정부가 책정한 전기차 보조금 예산은 약 8,000억 원. 지자체 보조금 약 2,500억 원을 더하면 총액 1조 원을 웃돕니다.

그러나 강력한 지원에도 전기차 구매에 회의적인 분도 계실 겁니다. 성능과 편의성 면에서는 내연기관이 월등히 앞서기 때문이죠.


▲ 줄이 길게 늘어선 슈퍼차저(Supercharger) 충전소 (영상출처: Steven Conroy 유튜브)

지난해 미국의 한 유튜버가 촬영한 테슬라 ‘슈퍼차저’의 모습입니다. 자동차가 길게 줄을 선 건 충전 때문입니다. 주유 후 바로 움직이는 내연기관차와 달리 전기차는 30분 정도 충전 시간이 필요합니다. 

짧은 주행 거리와 느린 충전 속도는 전기차 구매를 막는 절대적 요인입니다. 이러한 인식을 뒤집기 위해서라도 기술 개발이 절실한데요. 그렇다면 2020년의 전기차는 어디쯤 와있을까요?


주행 거리 500km를 돌파하라!

현재 시장에서 판매 중인 전기차는 대부분 2세대 제품입니다. 1회 충전으로 달릴 수 있는 주행 거리가 300km 내외인 기종인데요. 초창기 제품보단 나아졌지만, 적정한 수준은 아닙니다.

대중화를 위해 필요한 건 주행거리 500km 이상의 3세대 모델입니다. 이를 위해 배터리와 모터 그리고 충전 기술향상의 삼박자가 맞아떨어져야 하죠.

다행히도 배터리의 경우 어느 정도 실마리가 잡혔습니다. 전기차는 리튬 기반의 배터리를 사용합니다. 이 안에 니켈과 코발트, 망간 등 전해질 물질이 액체 상태로 존재하는데요. 첫 번째 방식은 액체를 고체로 바꾸는 것입니다. 전해질이 액체일 때는 분리막이 필요하지만, 고체일 경우 분리막이 필요 없어 더 작은 배터리를 만들 수 있습니다. 초소형 배터리를 여러 개 장착해 1회 주행거리를 늘릴 수 있죠.

두 번째는 재료의 구성비를 바꾸는 것입니다. 값비싼 코발트 대신 니켈 함량을 높인 ‘하이 니켈 배터리’를 개발하는 게 추세입니다. 니켈 함량이 높을수록 고용량 배터리를 제작할 수 있습니다. 단, 발열 등 안전 문제 우려로 고도의 기술력이 뒷받침돼야 합니다.


발열을 잡아 모터 효율 최적화 

배터리가 연료 탱크라면 전기 모터는 엔진에 해당합니다. 따라서 전기 자동차의 성능은 모터가 좌우한다고 말할 수 있죠.

전기차는 영구 자석이 든 모터를 이용해 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환합니다. 이때 같은 사이즈의 구동 시스템이라도 냉각 성능이 우수하면 에너지 손실을 줄여 출력 밀도를 높일 수 있는데요. 냉각 기술은 모터의 고효율화를 위한 핵심 기술입니다. 

이에 업계 선두주자인 테슬라는 구리바의 브레이징 기술을 적용하여 손실을 저감한 한편, 고정자 및 회전자의 수냉채널을 통해 냉각성능을 확보하여 출력밀도를 높였습니다. BMW는 하이브리드 영구자석을 이용해 전력 효율을 향상하고 손실을 개선하고 있죠.


3세대 전기차! 내년부터 탄다

▲ (좌)3세대 전기차 ‘모델Y (Model Y)’ (우) ‘ID.4’ (이미지 출처: TESLA, 폭스바겐)

그렇다면, 가장 진화한 3세대 전기차는 언제쯤 시장에 등장할 수 있을까요? 가장 빠른 시일은 내년입니다. 테슬라 모델 와이(Model Y)를 시작으로 폭스바겐 ID.4 등 다양한 3세대 전기차 출시가 예정되어 있습니다. 이들의 등장은 전기차 성장의 촉매가 될 것입니다. 

전기차 부품의 발전은 3세대 전기차의 매력을 한층 높여 줄 것입니다. 한 번의 충전으로 더 멀리 나아갈 수 있을 테니 말이죠. 경량화와 고효율화는 전기차의 전력 소비율을 개선하고 속도 향상에 기여할 것입니다. 성능 측면에서도 내연기관에 뒤지지 않는 친환경차의 등장을 기대해 봅니다.


참고자료

▲만도 R&D 뉴스