무게를 거의 제로로? 구조적 車배터리

전기 자동차가 탑재한 배터리는 보통 가솔린 엔진보다 무겁기 때문에 전기 자동차는 동급 가솔린 차량보다 차체가 무거워 해당 배터리 무게가 전기 자동차 연비 개선에 걸림돌이다. 스웨덴 차머스공대 레이프 아스프(Leif Asp) 교수 연구팀은 강도를 갖게 된 배터리를 차체 일부로 해 배터리 하중을 거의 제로로 하는 구조적 배터리(Structural Battery) 개발에 노력을 기울이고 있다.

배터리를 차체 일부로 하겠다는 아이디어는 이전부터 있었다. 예를 들어 이탈리아 자동차 제조사인 람보르기니와 MIT공대는 2017년 휠에 배터리를 내장해 경량화와 공간 절약화를 완수하는 전기 자동차 콘셉트 모델인 테르조 말레니오(Terzo Millennio)를 발표한 바 있다.

이런 구조적 배터리 실용화에는 강도와 배터리 성능을 양립시키는 과제를 해결해야 한다. 연구팀은 탄소섬유 강화 탄소 복합 재료 등에 사용되는 탄소섬유가 배터리 음극으로서의 기능을 갖게 되는 것에 주목했다. 스웨덴 왕립공대 연구팀과 공동으로 높은 강도와 강성을 유지하면서 전기 에너지 저장이 가능한 탄소섬유 구조적 배터리를 개발했다.

이 배터리는 탄소섬유 전극과 인산철 리튬 전극을 유리섬유로 만들어진 천으로 사이에 두고 여기에 전해액을 합쳐 제조했다. 이 구조적 배터리 에너지 밀도는 24Wh/kg으로 중량당 용량은 현재 리튬이온 배터리 20% 정도라고 한다. 이에 대해 연구팀은 이런 구조적 배터리를 사용하면 차체 무게를 크게 줄여 전기 자동차 실행에 필요한 전기 에너지를 적게 하는 게 가능하고 강성도 일반 건축 재료에 필적하는 25GPa다. 또 에너지 밀도가 낮다는 안전성 면에선 오히려 유리하다고 말할 수 있다고 설명하고 있다.

또 지금까지 만들어진 구조적 배터리는 기계적 특성이나 전기적 특성 그러니까 강도나 크기 중 뛰어난 것에 불과했지만 탄소섬유를 채용하는 것으로 이들 모두에서 경쟁력 있는 구조적 배터리를 설계하는데 성공했다고 밝히고 있다.

연구팀은 앞으로 스웨덴국립우주위원회가 출자하는 새로운 프로젝트를 통해 이 구조적 배터리를 더 개선할 예정이라고 한다. 이렇게 해서 75Wh/kg 에너지 밀도와 알루미늄에 버금가는 75GPa 강성을 갖춘 구조적 배터리를 실현할 것으로 기대하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.