[e리포트] 전기차 상용화, 배터리ㆍ모터 기술에 달렸다

전기차 주행거리 일반자동차의 25% 전지 ‘분리막’기술 대폭 개선돼야… 제조사 전력사용 최소화 관심

전기자동차가 내연기관차를 대체하기 위해서는 배터리와 모터 기술 개발 속도가 관건이란 평가가 나오고 있다.

현재 전기차의 주행거리는 내연기관차의 20~25% 수준으로 이를 극복하기 위해서는 배터리와 모터 기술이 크게 향상되야 한다. 정부가 최근 발표한 2020년까지 전기차 20만대 보급 계획 역시 관련 기술 개발 없이는 ‘모래 위에 세운 성’이라는 지적이다.

현재 대부분의 전기차는 리튬이온전지를 쓰고 있다. 전기차 중 세계에서 가장 많이 팔린 닛산의 ‘리프’, 제네럴모터스(GM)의 ‘볼트’ 등이 이 전지를 쓰고 있다.

1970년대 개발된 리튬이온전지는 노트북이나 휴대폰 배터리에 흔히 사용돼 왔다. 그러나 이 배터리는 에너지 밀도와 긴 충전시간, 발열이 문제점으로 지적돼 왔다.

리튬이온전지는 양ㆍ음극, 전해액, 분리막으로 구성된다. 이 중 분리막은 두 전극이 물리적으로 닿지 않게 하면서 동시에 리튬 이온이 양극 사이를 오가도록 하는 역할을 한다. 리튬이온전지의 출력과 충ㆍ방전 성능을 좌우하는 분리막 기술이 크게 개선되지 않으면서 전기차의 주행거리는 나아지지 못하고 있다.

미국의 전기차 전문 제조업체 테슬라의 배터리 기술도 다른 업체와 별반 다르지 않다. 테슬라의 ‘모델S’는 1회 충전 시 426km를 주행할 수 있다. 현존하는 전기차 중 가장 긴 거리다. 모델S 역시 원통형 리튬이온전지가 장착됐다. 지름 18mm, 길이 65mm의 전지 7000개를 연결해 차체 바닥에 깔았다. 새로운 배터리는 아니지만 기존 전기차보다 배터리 수를 두 배 이상 사용해 주행거리를 문제를 해결했다. 리튬이온전지의 단점으로 지적된 발열 문제는 별도의 냉각 시스템을 설치해 해결했다. 현재 테슬라와 파나소닉 등 자동차-화학업계는 배터리의 성능 개선을 위해 공동 투자를 늘리고 있는 상황이다.

전기차 배터리만큼 중요한 것이 바로 모터다. 전기차의 출력과 토크를 담당하는 모터는 전력을 최대한 적게 쓰는 것이 중요하다.

모터에 들어가는 자석은 전기에너지를 역학 에너지로 바꾸는 핵심 역할을 한다. 자동차업체들은 이 자석 소재를 바꾸면서 모터를 경량화하고 있다. 최근 출시된 기아자동차의 전기차 ‘쏘울EV’는 자석에 고효율 희토류를 사용해 크기와 무게를 줄였다.

모터 이외에도 전기차에서는 전력 사용을 줄이려는 기술을 도입하고 있다. 르노삼성자동차의 전기차 ‘SM3 ZE’는 ‘프리 히팅 ·쿨링 시스템’으로 전기 소모를 줄였다. 이 기능은 전기차가 충전기와 연결돼 있을 때 미리 설정해 놓은 온도로 차내를 맞춰놓는 것으로 주행 중에 히터와 에어컨 사용 빈도를 줄여 절전에 도움이 된다.