삼성SDI 배터리가 장착된 차량/사진=삼성SDI
삼성SDI 배터리가 장착된 차량/사진=삼성SDI

한국자동차산업협회는 최근 올 상반기 자동차 판매량 중 전기차가 9만대 가량 증가, 전년보다 약 30% 늘어났다고 밝혔다. 특히 이 기간 동안 판매된 자동차 중 약 10%가 친환경차여서 환경에 대한 국민들의 관심이 높아졌음을 확인할 수 있다. 

친환경차량들의 판매가 증가하면서 핵심 부품인 리튬이온배터리도 높은 성장이 더욱 기대되고 있다. 배터리업체 삼성SDI는 21일 뉴스레터를 통해 "친환경차량들은 종류에 따라 들어가는 배터리의 용량과 역할이 각기 다르다"며 친환경차량의 종류와 배터리의 역할에 대해 상세히 설명했다. 

친환경차는 크게 전기차와 수소차로 구분할 수 있다. 전기자동차는 다시 내연기관의 유무와 충전 가능 여부 등에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle, 하이브리드 자동차), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, 플러그인-하이브리드 자동차), EV(Electric Vehicle, 순수 전기 자동차)로 나뉜다. 

HEV와 PHEV는 기존 엔진과 전기모터가 결합되었다는 개념은 동일하지만, 외부 충전의 가능여부와 주 동력원에 차이가 있다. HEV는 배터리 외부 충전이 불가능하고 주동력원으로 화석연료(열에너지)를 사용하고 보조동력원이 전기에너지를 쓰는 반면, PHEV의 경우에는 외부에서 충전기를 활용해 배터리 충전을 할 수 있고 주동력원이 전기에너지이며, 보조동력원으로 화석연료를 사용한다. 

동력원이 다르다 보니 들어가는 배터리의 용량과 역할도 다르다. HEV의 경우에는 약 3kWh 이하의 배터리가 탑재돼 출발 시 엔진 보조, 저속주행 시 모터를 활용해 구동하거나 회생제동, 정차 시 불필요한 연료소비 및 배기가스를 줄이는 역할을 하게 된다. 

이에 반해 PHEV 차량은 일반적으로 약 4~16kWh 용량의 배터리를 탑재해 단거리는 전기 모터로만 주행하고, 장거리는 엔진을 활용해 주행할 수 있는데 그만큼 전기차의 주행거리 한계를 극복하고 연비를 늘릴 수 있는 장점이 있다. 실제로 삼성SDI의 배터리가 적용된 PHEV인 BMW i8 의 경우, 최고출력 362마력에 연비는 47.6km/l로 높은 연비를 보인다. 

한편 EV는 화석연료없이100% 전기에너지로만 주행하는 전기자동차를 의미한다요. 이산화탄소나 배기가스 등의 배출이 없어 친환경적이고, 차량의 구조도 단순화할 수 있다. 

EV에는 보통 20kWh 이상의 배터리가 탑재되는데, 오롯이 배터리의 힘으로만 차량을 구동해야 하니 HEV나 PHEV보다 많은 양의 배터리가 필요하다. 또한 내연기관 차량 만큼의 주행거리를 확보하기 위해 삼성SDI에서는 지속적인 배터리 소재 혁신 등을 통해 1회 충전으로 600km까지 주행이 가능한 고용량 배터리를 개발 중이다. 

자동차 배터리는 전기차와 별도로 수소차에도 일부 사용된다. 수소차에는 약 2KWh 이하의 소량의 배터리가 탑재되는데, 주요 역할은 회생제동 시 에너지 저장 등 연비 개선이 주 목적이다. HEV에서의 배터리 역할과 유사하다고 할 수 있다. 

최근 들어서는 친환경차 시장이 증가하면서 승용차를 넘어 상용차 시장도 확대되고 있다. 전기 상용차의 경우, 일반 내연기관 차량보다 부품 수가 적어 고장의 우려를 감소시키고, 유지비 역시 절감할 수 있다. 또한 소음도 적고, 빠른 가속, 회생제동 등으로 더 많은 에너지를 얻을 수 있다는 것도 강점이다. 

환경부에서는 올해 친환경차 보급을 독려해 연말까지 누적 20만대 시대를 열겠다고 선언했다. 실제로 올해 1분기에 보급된 전기차 중 전기화물차의 보급대수는 약 2890대로 지난해 3대에 비해 급증했으며, 친환경차 보급 시장에서도 약 24%로 지난해 0.05%에 비해 크게 상승했다. 

시장이 성장하면서 전기 상용차에 탑재되는 배터리 기술도 발전이 요구되고 있다. 일반적으로 상용차의 경우는 승용차에 비해 더 많은 양의 배터리가 사용되기 때문. 소형트럭에서부터 수십톤 규모의 컨테이너까지 다양한 종류가 있어 배터리의 용량은 수십kWh에서 수백kWh까지 증가할 수 있다.  

이런 전기 상용차 시대에 대응하기 위해 삼성SDI는 차별화된 기술력을 바탕으로 양극, 음극 소재부터 급속충전기술 개발, 에너지밀도를 높이면서 차량의 무게를 경량화 할 수 있는 효율적인 방법들에 대해 지속적으로 연구개발을 이어 나가고 있다. 

양극 소재의 경우, 니켈의 비중을 88% 이상 증가시킨 하이니켈 NCA 소재를 활용해 에너지밀도를 높이면서도 동일한 용량의 배터리를 더 작은 공간과 무게로 전기차에 탑재할 수 있게 했다. 음극 소재는 출력, 충전 속도 등의 성능을 개선했고, 실리콘을 활용한 삼성SDI의 독자기술인 SCN(Silicon Carbon Nanocomposite)을 통해 용량, 수명 등을 증대시켰다. 

이러한 연구개발 성과들을 바탕으로 삼성SDI는 전기차용 배터리 성능을 향상시켜 지난해 BMW와 10년 장기공급 계약을 체결하고, 볼보그룹과 전기트럭용 배터리 셀 공급계약을 맺고, 전기 상용차용 배터리 시스템을 개발하는 아카솔과 배터리 공급 계약을 체결하는 등의 성과를 올렸다. [프레스맨]

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