스마트 시대의 배터리 이야기

전기차의 상용화가 빠른 속도로 진행되고 있습니다.

제주도와 같은 지역에서는 기아자동차 레이, 쏘울, 르노삼성자동차 SM3, 지엠 스파크, 파워프라자 화물전기차 피스, BMW i3 등 총 6 종류의 전기차를 도 차원에서 공모를 통해 보급하기도 합니다.
최근 공모안을 보면 대상으로 선정될 경우 차량가격에 관계없이 구입비 2300만원, 충전기 700만원 등 총 3000만원을 보조받기까지 합니다.

하지만 전기차의 경우 보급 확산에 발목을 잡는 것은 역시 배터리와 충전소 문제입니다.
아직까지 휘발류나 디젤 등의 화석연료에 비해 운행 거리가 짧고 중간에 이를 보충할 충전 시설이 충분하게 설치되어 있지 않기 때문입니다.

또 최근 보급이 확산되어 취미와 방송 용으로 각광을 받고 있는 무인비행체인 드론의 경우에도 가장 널리 알려진 DJI사의 Phantom 2 Vision 기종의 경우에도 비행시간은 25분 정도가 최대입니다.
전문적인 활용을 위해 비행시간을 늘리려면 고 용량의 배터리가 필요하고 그 무게 때문에 비행 성능을 높이기 위해 제품 자체가 대형화되는 설계 상의 악순환이 존재합니다.

이와 같이 배터리가 기기 사용에 한계점으로 부각되는 것은 스마트폰이나 웨어러블 기기 등도 마찬가지입니다.

과거에 비해 배터리 용량이 커지고는 있으나, 스마트폰 사양이 올라가고 화면이 커지는 추세에 따라 사용 시간에 대한 한계가 문제점으로 지속되고 있는 것입니다.

이러한 점에 고려해서 스마트폰 용으로 충전한 배터리를 교체해 주거나, 충전할 수 있는 장소를 알려주는 앱 서비스 등이 출시되기고 하고, 액세서리 시장에서 지난 몇 년 동안 보조 배터리가 주요한 아이템으로 부각되기도 했습니다.

앞으로 보급이 확산될 웨어러블 기기등과 동기화를 위해 블루투스 통신이 더 빈번해질 추세이므로 이와같은 스마트폰의 배터리 문제는 제조업체들이 해결해야할 시급한 과제임에 틀림없어 보입니다.

그나마 스마트폰의 배터리 용량의 경쟁에서 선두를 다투는 것은 우리나라 업체인 삼성과 LG로 보여집니다.
삼성이 2010년 처음 출시한 '갤럭시 'S 모델의 배터리 용량은 1500mAh였으나 올해 출시된 최신 기종 '갤럭시 S9'에서는 그 용량이 2배 가까운 3,000mAh(플러스는 3,500mAh)로 늘어났습니다.
LG전자도 스마트폰 배터리 성능 경쟁에 중점을 두며 2012년 처음 출시했던 '옵티머스G'의 배터리 용량이 2100mAh였던 것을 올해 출시한 'V30s' 모델에서는 삼성의 갤럭시 제품을 의식한 듯 3300mAh 배터리를 탑재하며 경쟁을 하고 있습니다.

애플의 경우 스티브잡스가 주장했던 디자인의 미니멀리즘 컨셉을 유지하기 위해 초기부터 배터리의 교체가 불가능한 내장형 구조를 고집헤 왔습니다.
(현재는 대다수의 경쟁사도 비슷한 외형으로 배터리 내장형의 신제품을 쏟아내고 있는 상황입니다.)

일단 아이폰 시리즈에 탑재된 배터리의 용량은 앞서 언급한 삼성, LG에 비해 조금 떨어지는 선을 유지해 왔습니다.
현재 애플의 최신 기종인 '아이폰X'는 내장 배터리 용량이 2,716mAh에 머물고 있습니다.
여전히 배터리는 아이폰 유저에게 스트레스 요인이 되고 있습니다.

한편 스마트폰 외에도 스마트워치와 무선 이어폰 등 충전을 해야 휴대가 가능한 디바이스들은 점점 더 늘어나고 있습니다. 이들 스마트 디바이스의 배터리 가용 시간은 사용 패턴에 따라 다소 차이가 나겠지만 스마트폰과 마찬가지로 충전에 대한 스트레스를 주기에 충분합니다.

클라우드 펀딩 사이트인 킥스타터에서 1030만 달러(한화 약 109억)라는 경이로운 캠페인 모금을 성공 시키며 일약 스타로 떠올랐었던 스마트워치 페블의 경우에는, 이러한 배터리 스트레스를 차별화 요소로 부각하기 위해 디스플레이로 e-Book에서 사용되는 전자잉크를 채택하며 배터리 수명을 늘였던 것이 사용자들에게 주효한 차별화 요소로 어필하기도 했었습니다.

이와 같이 현재 스마트폰이나 웨어러블 기기에 사용되는데에 주류를 이루고 있는 배터리 종류는 리튬이온 이차전지입니다. 이 배터리의 음극은 리튬 금속 산화물, 양극은 탄소 재료를 이용하는데, 과거의 니켈-카드늄 전지에 비해서는 성능이 월등하지만 주 사용처가 스마트폰 시대로 넘어오면서 한계에 봉착하고 있는 것입니다.

하지만 전지 효율을 높이려면 양극 소재로는 금속 리튬을 채용한 고체 배터리(solid state battery)가 가장 뛰어날 것으로 알려져 있습니다.
이러한 금속 리튬 배터리는 현재 개발 중이며, 양산에 성공한다면 배터리 용량은 현재 리튬이온 배터리보다 약 4배에 달할 것이라고 합니다.

배터리 산업이 앞으로 더욱 경쟁이 치열해 질 것이고, 그 치열한 경쟁 만큼이나 선도 기술 기업이 갖는 시장에서의 영향력과 상업성은 무한대로 확장될 것이라고 전망됩니다.

특히 전기자동차의 경우 완충에 필요한 절대 시간이 제품 경쟁력의 주요 요소가 되기 때문에 배터리에 대한 연구가 매우 중요한 비중이 되고 있습니다.

최근 현대자동차의 넥쏘의 경우에는 수소연료를 전기로 변경하는 방식으로 완충에 필요한 시간을 5분으로 단축시키고 총 주행 가능거리도 600Km대로 매우 우수한 성능을 사용화하는 데 성공했습니다.
그러나 이 역시도 시장 내에 수소연료 전기차를 위한 충전 인프라를 다수 확보해야 하는 어려움이 있기 떄문에 당장 시장내 점유율을 높이기에는 무리가 따르는 상황입니다.

샌프란시스코의 실리콘밸리 지역에는 이미 전기차를 위한 충전 스탠드가 지역 내에 다수 확보되어 많은 사람이 일상 중에 전기차를 많이 쓰고 있는 것을 볼 수 있었습니다.

전기차와 스마트폰 등의 스마트 기기들의 확산은 결국 배터리의 효율이 올라감에 라 실생활에 급속도로 확산되는 공통점을 지니고 있다고 하겠습니다.
따라서 기기를 구성하는 다른 모든 하드웨어/소프트웨어에 대한 개발과 병행하여, 장시간이 소요되어야 비로소 가능한 '배터리 효율 향상 연구'에도 많은 투자가 뒤따라야 할 것으로 생각됩니다.