# 달려라 붕붕 미니카!
‘붕붕~ 부웅’
어린 시절 누구나 한번쯤은 작은 모형 자동차를 가지고 놀면서 빨리 자동차를 운전해보고 싶다는 생각이 있었을 겁니다. 그때는 왜 그렇게 운전이 하고 싶었는지, 다 커버린 지금은 출퇴근 꽉 막힌 도로를 쳐다보고 있으면 운전하기 싫은데 말이지요.
어린 시절 가지고 놀던 미니어처 자동차 중에는 스스로 움직이는 자동차를 기억하시나요? 아주 간단한 것은 태엽이 있어서 뒤로 당겼다 놓으면 앞으로 슝~하고 달려가는 장난감도 있었고, 가격이 조금 비싼 장난감의 경우 무선 조종기가 있어서 미니어처 자동차를 직접 조종할 수도 있었습니다.
그 중 인기 있던 제품은 모터와 건전지, 그리고 간단한 조립으로 완성되는 미니카가 아니었을까 생각합니다. 문방구 앞에 놓여 있는 트랙에서 친구들과 시합하면서 만화에 나오는 주인공의 대사를 따라 하기도 하고, 어떻게 하면 더 빠르게 달리게 할 수 있을까 생각하면서 고민하기도 했답니다. 그런데 건전지와 모터로만 가는 미니어처 자동차가 사람이 타는 차로 마법처럼 팡! 하고 나타났습니다. 바로 기름을 전혀 사용하지 않는 전기차가 그것입니다.
석유를 사용하지 않고 달리는 전기차는 친환경적이고 기존의 휘발유와 경유를 연료로 하는 내연기관 자동차를 대체할 새로운 자동차로 주목 받고 있는데요. 오늘은 이 전기차에 대해 알아보도록 하겠습니다.
# 전기로 가는 차, 너의 속을 보여줘
일반적으로 전기로 가는 차량에는 여러 종류가 있습니다. 그 중 상용화가 되어 있는 것은 하이브리드카입니다. 하이브리드카는 기존의 휘발유나 경유와 같이 엔진을 이용해 차량 운행을 하면서 동력을 이용해 전기를 발생시켜 대용량 배터리에 저장을 합니다. 그 후 저속주행과 같이 특정상황에서 모터를 이용해 차량을 움직이는 방식입니다. 차량 제조사에서 자체적으로 가장 효율적인 조합을 찾아 사용하고 있고 엔진만 사용하는 일반 차량에 비해 높은 연비를 나타내고 있지만 여전히 휘발유와 같은 석유를 연료로 사용하고 있어 이산화탄소가 발생한다는 단점이 있습니다.
연료전지차의 경우도 전기로 구동되는 차량입니다. 연료전지는 수소를 이용해 전기를 만들어내는 장치입니다. 전지 내부로 수소가 들어오면 촉매에 의해 수소에서 전자가 나오고 이것이 외부 회선을 돌아서 전기를 만들어 내고 수소는 공기중의 산소와 만나서 반응을 하고 물이 되어 외부로 배출되는 방식입니다.
연료전지차는 이산화탄소와 같은 지구온난화를 일으키는 물질이나 환경을 오염시키는 물질을 배출하지 않아서 친환경적이고 효율도 좋아서 엔진을 대체할 새로운 대안으로 떠오르고 있지만 수소를 만드는데 필요한 에너지가 수소를 이용해 만들어내는 에너지보다 높아서 이를 해결하기 위해 많은 연구가 필요하지요.
순수하게 전기를 이용하는 전기차는 최근에 나온 기술이라고 볼 수 있지만 실제로는 1873년에 기존의 엔진차보다 먼저 개발되었습니다. 그러나 당시의 기술로는 가벼운 전지를 개발하지 못해 엔진차에 밀리게 되었지만 최근에는 엔진차에서 나오는 배기가스로 인한 환경오염문제가 대두되면서 다시 각광을 받고 있답니다.
전기차 내부는 기존차량과 구성이 다릅니다. 일반적으로 모터가 엔진을 대신하고 휘발유가 들어있던 연료통은 배터리로 변경됩니다. 또한 전기차의 경우 변속기가 필요하지 않습니다. 엔진의 경우 회전 수에 따라 나오는 출력이 달라서 변속기가 있지만 모터는 출력이 항상 일정하기 때문에 변속기가 필요하지 않습니다. 효율은 80% 정도로 기존 엔진차가 20~30%인 것에 비해 상당히 높은데요, 환경오염물질과 이산화탄소를 전혀 배출하지 않고 현실적으로 가장 상용화 가능성이 있는 차량이라서 많은 관심을 받고 있습니다.
# 리튬이온전지 없으면 전기차가 아니지
붕어빵에 팥이 없으면 붕어빵이 아니고 고기만두에 고기가 빠지면 충격으로 다가오듯이 전기차에도 배터리가 없으면 안 되는 꼭 필요한 존재입니다. 전기차는 한 번 사용 한 뒤 버리는 1차전지가 아닌 충전이 가능한 2차전지를 사용합니다. 또한 우리가 사용하는 핸드폰이나 노트북과 같은 소형 기기가 아닌 커다란 자동차를 먼 거리까지 움직여야 하기 때문에 대용량 배터리가 필요합니다. 이러한 요건에 가장 잘 맞는 전지가 리튬이온전지입니다. 기존에는 니켈 수소전지를 이용해 전기차를 개발하려고 했지만 리튬이온전지의 안정성이 개선되면서 더 높은 용량과 낮은 중량을 갖는 리튬이온전지로 바뀌고 있습니다.
그럼 리튬이온전지는 어떻게 구성되어 있을까요?
전지 내부에는 양극제, 음극제, 분리막과 리튬 그리고 전해질로 구성되어 있습니다. 리튬이온전지는 리튬이 전자를 내놓고 다시 받는 산화환원과정을 거쳐서 충전과 방전을 하게 되는데요, 양극제와 음극제는 이러한 반응 도와주는 물질들입니다. 특히 리튬이온전지에 쓰이는 양극제는 한화케미칼에서 초임계 수열합성법을 이용해 만들고 있답니다. 또한 분리막은 양극제와 음극제가 직접적으로 만나는 것을 막아주는 데요, 이들이 만나게 되면 화학적 반응이 일어나서 배터리에 문제를 일으킬 수도 있습니다. 그리고 전해질은 리튬이온들이 떨어져 있는 양극제와 음극제를 이동하는데 도움을 주고 있습니다.
# 전기차, 도전 불가능은 없다!
환경에 도움되고 효율도 좋은 이렇게 좋은 전기차가 왜 아직 세상에서 빛을 보지 못하는 것일까요?
현재 전기차를 상용화하기 위한 노력은 진행되고 있지만 아직 넘어야 할 산이 있습니다. 첫 번째 문제가 바로 충전소입니다. 현재 엔진차는 주유소가 많아서 기름이 떨어질 경우 가까운 주유소에 가서 주유를 하면 다시 운행을 할 수 있습니다. 그러나 전기차의 경우 주유소와 같은 역할을 해주는 충전소가 준비되어 있지 않습니다. 또한 개발완료 된 전기차들은 500km정도를 주행할 수 있는 엔진차에 비해 최대 200km정도의 거리를 주행할 수 있어서 더 많은 충전소가 필요한 것이 사실입니다. 이 때문에 국가적 차원에서 충전소를 건립하려고 준비 중인데요, 유럽에 경우 몇몇 국가에서 시범 설치하여 운영하고 있습니다.
두 번째로 충전시간이 길다는 것입니다. 기존의 사용되는 전지는 가정용 전기를 이용해 8시간~10시간 정도 충전 시간이 걸립니다. 우리가 주유소에서 주유 시 필요한 시간이 5분정도 임을 고려할 때 상당히 긴 시간입니다. 따라서 이를 개선할 다른 방법들이 제시되고 있는데요, 하나는 배터리를 교체하는 배터리 교환소를 운영하는 것입니다. 핸드폰에 사용되는 배터리는 여분의 배터리를 가지고 있어서 필요할 경우 교체하여 사용하고 있는데요. 같은 방식으로 전기자동차에 사용되는 배터리도 이처럼 교환소에서 교체하는 것입니다. 그러면 기존의 주유소처럼 약 5분에서 10분정도의 시간이면 완전 충전된 전기차를 이용할 수 있답니다.
또 다른 방법은 급속충전을 이용하는 것입니다. 배터리에 높은 전압과 전류를 공급하게 되면 빠른 시간 안에 충전이 가능한데요. 현재 기술로는 약 30분정도면 전기차에 쓰이는 배터리를 충전할 수 있답니다. 아직은 엔진차에 비해 많은 시간이 걸리지만 많은 연구가 진행되면 더 빠른 시간 안에 충전을 할 수 있는 방안이 나올 듯 합니다.
마지막으로는 코드를 이용해 충전을 해야 하는 문제가 있는데요, 이를 개선하는 방안으로 비 접촉 충전방식을 이용하여 전기차를 충전하는 방식이 제안되었습니다. 최근 IT기기들을 충전하는 방식에 시범적으로 도입되고 있는데요, 접촉하지 않고 충전할 수 있어서 차량을 주차하는 주차장 밑에 이 충전장치를 설치하여 주차되는 동안 충전이 되도록 하는 방안이 고안되고 있습니다.
지금까지 전기차에 대해서 알아보았는데요. 공해 물질을 내뿜는 시끄러운 엔진차는 사라지고 몇 년 뒤에는 전기 자동차가 세상에 빛을 보게 되면 더욱더 푸른 세상이 되기를 기대해봅니다.
* 참고문헌: 전기차 충전에서 다양한 사업모델 나온다, 홍일선
전기자동차 시장 현황 및 전망, 이미혜
그린에너지 시대로의 가교, 리튬이온전지, 신장환
리튬이온전지, 전자부품연구원
