미래의 핵심산업 - 전기자동차는 무엇일까?
최근 미세먼지를 통해 대기 오염 때문에 많이 고생하셨을 겁니다. 우리가 알고 있는 대기오염의 주범으로는 산업에서 사용 후 발생되는 매연, 일상생활에서는 자동차가 있습니다. 이런 대기 오염을 줄이기 위해서는 다양한 방법이 제안되고 있습니다. 그 중 오늘 알아볼 내용은 미래의 핵심 산업이 될 수 있는 전기 자동차입니다.
여러분은 전기 자동차에 대해 어떻게 접하게 되셨나요? 저는 에너지 수업 수강 중 ‘Who killed the electric car?‘ 라는 영화를 통해 전기 자동차에 대해서 처음 접하게 되었습니다. 물론 영화의 내용은 다른 부분에 주안점을 두고 있지만 전기 자동차에 대해 간접적으로 이해할 수 있었습니다. 현재 전기 자동차는 다양한 형태로 개발되고 있습니다. 오늘은 전기 자동차의 기본적인 이해를 통해 향후 나아가야 할 방향에 대해 이야기 해보겠습니다.
2주전 제주도에는 ‘제1회 국제전기자동차엑스포’가 많은 관심 속에 막을 내렸습니다. 아쉽게도 방문을 하지는 못 했으나 평소 전기 자동차에 관심을 가지고 있던 제겐 두근두근한 행사였습니다. 행사에는 수 만 명의 관람객이 방문하였고 전기 자동차는 자동차 산업의 차세대 기대주로 관심을 받았습니다.
(출처- 뉴스1)
1. 친환경 자동차
우선 전기 자동차에 대해 알기 위해서 친환경 자동차에 대한 이해가 필요합니다. 전기 자동차는 친환경 자동차의 하나로 전기를 이용하여 모터를 작동시켜 주행을 하게 해줍니다. 전기 자동차는 배터리의 활용 방향에 따라 아래 표와 크게 4가지 종류로 나눌 수 있습니다.
간략하게 전기자동차(EV)에 대해 설명하면 그림과 같이 내연기관이 없습니다. 순수하게 배터리의 전기를 이용하여 모터를 구동시키는 방식입니다. 내연기관이 없기에 시동을 걸어도 소리가 나지 않습니다. 저도 우연한 기회가 한 번 탈 수 있었는데 깜짝 놀랐던 경험이 있습니다. 더불어 우리가 사용하는 가솔린이나 디젤 자동차처럼 화석연료를 발생시키지 않기 때문에 대표적인 친환경 자동차로 불리고 있습니다. 자세한 구동 방식은 아래 그림을 참조하시기 바랍니다.
(출처 - 기아자동차)
이처럼 전기 자동차는 순수한 전기만을 통해 구동되기에 HEV, PHEV에 비해 상대적으로 더 고용량, 고출력을 요구하게 됩니다. 또한 내연기관이 없기 때문에 친환경 자동차의 대표 주자로 꼽히고 있는 것이죠. 다만 전기를 생산하기 위해 화력, 원자력 발전소에서 생산될 때 발생하는 유해 물질 때문에 차량 외적인 요소까지 고려해야 한다는 목소리도 있습니다. 그렇지만 전기 자동차 자체로만 보면 무공해의 역할을 하기 때문에 개선내용은 앞으로 사회 다방면에서 노력해야 할 부분으로 보입니다.
2. 전기 자동차 성능 향상을 위해 필요한 부분
자동차를 구매하게 되면 여러 가지를 고려하게 됩니다. 외관, 성능, 가격 등을 고려하지만 대부분 중요하게 보시는 것은 연비입니다. 일정량의 에너지를 통해 얼마나 멀리 갈 수 있느냐는 운송 수단의 가장 중요한 척도입니다.
(출처 - 제주특별자치도, http://www.jeju.go.kr/ )
위의 표는 제주도에서 시행한 2014년도 상반기 전기자동차 보급사업 공모에 참여한 전기 자동차의 성능을 표시한 자료입니다. 여기에서 주목해야 할 부분이 있습니다. 바로 1회 충전 시 주행거리입니다. 차량 대비 주행거리가 생각보다는 짧습니다. 시중에 가솔린 및 디젤엔진의 경우 한 번 충전 시 300~400km 이상을 달릴 수 있습니다. 그렇기 때문에 주행거리를 늘려야 할 필요성이 지속적으로 제기되고 있습니다.
그렇다면 전기 자동차의 주행거리를 늘리기 위해서 필요한 방법은 무엇이 있을까요? 여러 가지가 있지만 가장 중요한 부분은 배터리입니다. 전기 자동차용 배터리는 우리가 익히 알고 있는 Li(리튬)이온을 이용하여 제작합니다.
1) Li 배터리의 원리
(출처 - www.samsungsdi.co.kr)
Li ion battery(이하 리튬이온배터리)는 우리가 흔히 부르는 이차 전지의 종류 중 하나입니다. 리튬 이온 배터리의 내부 구조는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 되어 있습니다. 양극과 음극은 고정된 상태의 물질이며, 분리막은 이 두 극을 막아주는 역할을 합니다. 더불어 전해질은 리튬 이온이 이동할 수 있게 도와주는 역할을 합니다.
리튬 이온 배터리의 원리는 전기적 신호가 가해지게 되면 리튬 이온이 이동하면서 방전과 충전을 하게 됩니다. 리튬이온은 양극과 음극에서 서로 다른 물질로 결합되어 있으며 방전 시 음극에서 양극으로 리튬이온이 이동하게 되며, 충전시 반대의 현상이 일어납니다. 이런 과정에서 전기가 발생하고 우리가 사용할 수 있게 됩니다.
2) 어떤 부분이 개선되어야 하는지?
첫 번째는 배터리 용량을 늘리기 위해 크기를 키운다면 자동차의 무게가 증가하는 점입니다. 쉽게 설명하면 우리가 일상에서 사용하는 스마트폰을 예를 들어 설명해보겠습니다. 스마트폰을 장시간 사용되면 빠르게 방전이 되는 경우를 보게 됩니다. 이를 개선하고자 배터리의 크기를 키운다면 절대적인 용량 자체는 늘어날 수 있지만 스마트폰 자체의 무게도 증가하게 될 것입니다. 전기 자동차도 비슷한 원리입니다.
(출처 - 뉴스1, EV의 내부구조)
더불어 현재의 전기 자동차 제작 방식은 우리가 알고 있는 원형 또는 캔형 전지 여러 개를 한곳으로 모으기도 합니다. 때문에 고용량은 높은 무게를 가질 수밖에 없습니다. 이런 부분을 개선하기 위해서 현재 국내의 삼성SDI, LG 화학, SK 이노베이션 등의 대기업 및 각종 중소기업에서도 기존 전기 자동차 배터리의 성능 향상을 위해 연구에 몰두하고 있습니다.
두 번째는 배터리의 충전·방전을 반복에 따른 배터리의 수명과 충전 시간문제입니다. 우리가 사용하는 전자 제품의 경우 배터리를 사용하게 된다면 시간이 흐를수록 사용시간이 줄어드는 것을 경험하신 적이 있을 겁니다. 전기 자동차의 경우도 배터리 기반으로 운용이 되기 때문에 이러한 문제를 피할 수 없습니다. 하지만 다르게 전지 자체의 용량이 크고 수명기간이 길기 때문에 일상생활에서 사용하는 제품 대비 상대적으로 오래 사용할 수 있습니다. 다만 배터리를 지속적으로 사용하기 때문에 상시 점검을 통해 관리를 해주어야 합니다.
또한 주행 시간 대비 충전 시간이 더 많이 걸리기 때문에 이러한 부분도 개선해야 할 점으로 보입니다. 물론 급할 때는 급속 충전을 이용할 수 있지만 기본 충전 시간을 줄여야 할 필요가 있습니다.
이 밖에 날씨의 영향에 따른 단점도 제기되는 등 다양하게 문제가 제기되고 있습니다. 하지만 기술적 단점은 시간이 지날수록 극복될 수 있는 여지가 있기에 전기 자동차는 앞으로 더 큰 장점을 지닌 산업으로 육성될 것입니다. 앞으로 더욱 성능이 향상된 전기 자동차가 우리 앞에 나타날 것을 기대해봅니다.
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