자동차 2차전지, 리튬이온에 주목하는 이유

'2차전지' 라는 용어가 다소 생소하실지도 모르겠습니다. 사실 굉장히 간단한 개념입니다. 한번 쓰고 버리는 그런 일반 건전지류를 '1차전지' 라고 부르구요, 그에 반해 충전해서 수백번까지 사용가능한 그런 전지를 '2차전지(이차전지)' 라 부릅니다. 우리 주변에서도 너무 많이 사용하고 있죠. 휴대폰이나 노트북, 디지털카메라처럼 계속 충전을 해야 하는 제품은 모두 이런 2차전지를 가지고 있습니다. '리튬이온' 전지라는 말도 그래서 이젠 친숙한 용어이죠.

이젠 이런 소형가전에서 흔히 사용하는 2차전지인 '리튬이온' 에 이제와서 왜 주목한다고 제목을 썼느냐 하실것 같습니다 ^^ 매일 같이 휴대폰때문에라도 사용하는 이 리튬이온 전지에 대해 다시한번 주목하게 된 계기는 얼마전 하이브리드 자동차를 타보면서부터인데요

제가 타본 이 하이브리드 차량, 도요타 프리우스는 HEV (Hybrid Electric Vehicle) 로서 전기모터와 가솔린엔진을 모두 가지고 있는 형태였습니다. 사실 저에게는 가솔린과 LPI 의 하이브리드가 아닌 이런 전기타입 하이브리드 차는 첫경험이었는데요, 상당히 흥미로운 경험이었습니다.

위 계기판 오른쪽을 보시면, 자동차 모양에 엔진 그림과 배터리 그림이 같이 표현되고 있지요. 이 HEV 는 높은 가속을 위해 악셀을 깊이 밟거나 오르막길을 오를때는 일반 차량처럼 가솔린엔진을 사용합니다만 내리막길이나 속도를 줄일때 등 엔진 가속이 필요없을때에는 가솔린을 쓰지 않고 전기 모터의 힘으로만 움직였습니다. 약 시속 40km 정도까지는 가솔린이 필요없더군요. 그런 쓰임새의 형태가 저 계기판에서 계속 표현되는 것이 꽤 재밌기도 했는데요. 그러면서 연비가 리터당 20~30km/L은 쉽게 넘어가겠더군요

이런 새로운 경험을 하면서 느낀것은 바로 자동차의 미래였습니다. 막연히 미래에는 자동차들이 하이브리드를 넘어 전기자동차로 진화하겠지 라고 생각만 하고는 그럴려면 아직 멀었다 라고 늘 생각했었는데요 실제로 이런 HEV 를 통해 경험을 해보니 성큼 우리앞에 다가온 느낌이 들더군요. 그러면서 '아무리 전기차라고 하지만 너무 비싸니 나와는 상관없어' 라고 외면했던 생각도 조금씩 달라졌습니다. 실제로 저런 애니메이션 계기판을 통해 연료가 절약되고 놀라울만큼 연비가 나오는걸 보니 대중화 가능성이 충분해 보이기 시작했던거죠.

전기차로 진화해야 하는 필요성은 이런 연비도 연비이지만 가장 중요한 것은 바로 '환경' 일 것입니다. 전기모터로만 가는 차가 대중화된다면 더이상 가솔린이나 디젤과 같은 화석연료를 통해 발생하는 대기오염을 걱정하지 않아도 될 것이니까요. 요즘 부쩍 자라나는 제 2세들을 보며 관심을 안가질수 없는 그런 '친환경' 요소로서 이 전기자동차의 가능성과 미래를 다시 보게 된 계기였습니다.

제가 경험한 저 HEV 와 같이 지금까지 나온 전기 하이브리드차는 대부분 2차전지로 니켈수소 (Ni-MH) 전지를 사용해왔습니다. '08년 판매된 HEV 차량의 90% 이상이 이 니켈수소 전지를 사용했었는데요, 에너지밀도가 낮고 무겁다는 단점에도 불구하고 니켈수소를 일단 사용한 것은 그동안 검증된 안정성 때문입니다. 하지만 소형가전에서부터 다년간 진화하면서 안정성까지 확보하고 있는 '리튬이온' 전지가 점점 전기에 보다 많은 동력을 의존해야 하는 차세대 전기차, PHEV 나 EV 에는 필수적으로 필요하다고 판단되어서 탑재되고 있는 양상인데요. 잠시 용어를 설명드리면,

* PHEV (Plug-In HEV) - 플러그를 꼽아 충전시키는 하이브리드 전기차로 일단 충전이 되면 전기로만 자동차를 움직이게 되며 그 전기가 다 방전되면 그때부터 화석연료 사용하는 형태. HEV 타입보다 더 많은 동력을 전기쪽으로 사용하게 됨
* EV (Electric Vehicle) - 본격적인 전기차로 모든 동력을 전기 충전으로 하게 됨. 즉 가솔린 엔진과 같은 화석연료를 쓰는 엔진이 따로 없음 

기존에 주로 사용해왔던 니켈수소 전지는 무겁고 에너지효율이 낮기때문에 현재의 하이브리드보다 전기 동력이 많이 필요한 위 PHEV나 EV로 진화하는데에는 적용이 현실적으로 어려워집니다. 동력을 많이 내기위해 니켈수소 전지를 여러개 합쳐서 넣으면 파워는 가능할지 모르겠지만 그만큼 무겁고 커지면서 에너지효율도 떨어질테니까요

그래서 이런 진화에 있어 자연스럽게 주목하고 있는 것이 리튬이온 전지이고 실제로 현재 나오는 전기 하이브리드차에 적용되고 있습니다. 그리고 EV 를 위한 연구 및 테스트에도 이 리튬이온 전지가 가장 많이 쓰이고 있는 것입니다. 위 JP모건 자료에서도 전망하듯 자동차시장에서의 리튬이온 시장은 빠르게 성장할 것으로 전망하고 있습니다. 2020년에는 지금 대비 약 100배가량 성장할 것이라고 보고 있는 것을 확인하실수 있죠.

당장은 HEV 타입 차량에도 니켈수소를 대신하여 리튬이온이 적용되고 있고 (BMW 의 X6 Active나 Benz 에서 새로 나오는 HEV, 벤츠 S400 의 경우 니켈수소 대신 리튬이온 전지 탑재) GM 에서 나온 'Volt' 와 같은 PHEV, 그리고 앞으로 EV 에도 적용이 확대되겠죠. 사실 현재 도시 대기오염의 대부분이 차량 매연에서 오는 오염일테니 이런 전기차가 확대되면 깨끗한 환경에도 많은 기여를 할 것으로 보이는데요 이런 '친환경 기술' 로서의 의의도 '리튬이온' 과 같은 2차전지는 가지고 있을 것입니다.
 

이미지 출처 : 한경닷컴 블로그

국내에서는 이런 리튬이온 2차전지 산업을 삼성 SDI 와 LG 화학이 이끌고 있는 모습입니다. 삼성 SDI 와 같은 경우 독일의 보쉬 (Bosch) 와 함께 이런 친환경 리튬이온 배터리의 개발과 제조를 위해 SB리모티브 를 설립하고 있는데 삼성SDI 와 LG 화학 모두 그동안 계속 소형전지때부터 리튬이온 전지에 대한 노하우를 가지고 있는데다 재무구조도 탄탄한 대기업이기에 앞으로 국내뿐 아니라 해외까지 리튬이온 전지 산업을 많이 이끌어 갈 것으로 전망합니다. 최근 SB리모티브가 개발한 리튬이온 전지가 친환경 전기 오토바이에 탑재되서 출시한다는 기사도 눈길을 끄네요

리튬이온 전지가 니켈수소 전지 대비 갖는 장점은 다음과 같습니다.

• 에너지 밀도가 우수하다 (HEV 보다 5~10배이상 전기동력을 필요로하는 PHEV, EV 등에 훨씬 더 적합)
• 소형화가 가능하고 가벼워서 자동차 적용시 유리하다
• 메모리 효과가 없고 수명이 길다
• 자가방전율이 낮다
  

이처럼 훨씬 더 큰 장점을 가지고 있으면서도 전기차의 빠른 확대가 더딘 것은 아직까지는 짧은 주행거리 (1회 완충으로 약 150km?)와 긴 충전시간 (현재로선 완충까지 약 30분 정도) 그리고 가격 및 안정성인데요. 가격은 대중화와 함께 점차 해결될 것으로 보이고 안정성 역시 기술발전으로 실제 자동차에 적용되고 있을만큼 안정화되고 있는 것으로 보입니다. 다만 주행거리와 충전시간 이슈는 뭐 지금으로서도 장거리를 운행하지 않는한 큰 문제는 없을수도 있지만 장거리 운행시에는 분명 문제가 되기에 빨리 좀 획기적인 기술발전이 필요해 보입니다. 그래야 환경을 해치는 화석연료 없이 완벽한 전기차의 탄생이 가능해지겠지요

뛰어난 연비와 정숙성 등도 매력적이지만 '친환경' 기술이라는 측면으로도 하루빨리 전기차들이 확대되서 보다 깨끗한 곳에서 맑은 공기를 마시며 우리 2세들이 살게끔 해주고 싶네요. 그런 이유들이 이 2차전지 리튬이온에 주목하고 있는 가장 큰 이유가 되고 있습니다 ^^


2010/04/01 - 스포티지R 직접 몰아본 느낌
2009/11/04 - 신형 마티즈로 고속주행 해봤더니
2009/11/30 - 간밤에 잠시 몰아본 기아 K7