전기차 무게를 확 줄여주는 '탄소 배터리'

가솔린 자동차보다 무거운 전기 자동차

보통 전기자동차에는 하부에 배터리가 장착되어 있다. 이 배터리의 부피가 상당하기 때문에 일반적으로 가솔린 자동차보다 무겁다. 이렇게 무거운 전기자동차는 연비 개선에 걸림돌이다. 

결론적으로 배터리의 무게를 줄여야만 전기차의 연비를 개선시킬 수 있는데, 과연 배터리의 무게를 줄일 수 있는 방법은 무엇일까? 지금의 배터리와 완전히 다른 소재로 가볍게 만들면 될까? 

현실적으로 지금의 배터리를 가볍게 만들 수 있는 방법은 거의 없다. 다만 현재 배터리를 차체 일부로 사용하는 방법이 가장 현실적이다. 이른바 '구조적 배터리(Structural Battery)'라고 불리는 신소재 배터리가 대안으로 떠오르고 있다. 

최근 스웨덴 차머스공대 레이프 아스프(Leif Asp) 교수 연구팀은 배터리를 차체 일부로 사용해 배터리 하중을 혁신적으로 줄일 수 있는 구조적 배터리를 개발하고 있다.

탄소섬유 기반의 구조적 배터리 탄생!

구조적 배터리 실용화에는 강도와 배터리 성능 두 마리 토끼를 다 잡아야 하는 과제를 안고 있다. 연구팀은 탄소섬유가 배터리 음극의 기능을 갖는 것을 발견하고, 스웨덴 왕립공대 연구팀과 공동으로 높은 강도를 갖으면서 전기 에너지 저장이 가능한 탄소섬유 기반의 구조적 배터리를 개발했다.

이 배터리는 탄소섬유 전극과 인산철 리튬 전극을 유리섬유로 만들어진 천 사이에 두고 여기에 전해액을 결합해 만들었다. 에너지 밀도는 24Wh/kg으로 중량당 용량은 현재 리튬이온 배터리 20% 정도다. 

구조적 배터리를 차체에 적용하면 자동차의 무게를 크게 줄여 전기 자동차 실행에 필요한 전기 에너지를 적게 소모하게 된다. 강도는 일반 건축 재료에 필적하는 25GPa로 구조적 성능도 매우 우수하다. 또한 에너지 밀도가 낮아 안전성 면에선 오히려 유리하다고 할 수 있다. 

연구팀은 앞으로 스웨덴국립우주위원회가 출자하는 새로운 프로젝트를 통해 구조적 배터리의 성능을 개선할 계획이다. 이들은 75Wh/kg 에너지 밀도와 알루미늄에 버금가는 75GPa 강성을 갖춘 구조적 배터리를 만들어내는 것이 목표다.