안녕하세요, 한화토탈 포스트 지기입니다. 디젤, 가솔린, LPG 등을 사용하는 내연기관 자동차가 유럽, 일본 등에서 2040년까지 단계적으로 판매 금지될 예정이라고 하는데요. 이에 따른 대책으로 친환경 전기차 보급 정책이 활성화되면서, 전기차 시장이 활발해지고 있습니다. 한 걸음 가까이 우리 일상 속으로 들어온 전기차! 오늘은 전기차의 핵심, 배터리에 대해 알아보겠습니다.
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전기차는 어떻게 움직일까?
전기차는 배터리에 저장된 전력으로 모터를 회전하여 주행하는 자동차입니다. 우리가 그동안 타던 내연기관 자동차는 화석 연료를 연소 시켜 구동 에너지를 얻는데요. 전기차에서는 모터와 배터리가 내연기관차의 엔진 역할을 합니다. 전기차의 구동 모터는 내연기관차의 엔진과 달리 주행 중에도 소음과 진동이 거의 발생하지 않는다는 장점이 있습니다!
전기차의 주행거리는 보통 배터리 용량에 따라 달라집니다. 배터리 용량이 클수록 주행거리도 늘어나기 때문에, 배터리에 저장되는 에너지 밀도가 중요합니다. 전기차에 사용되는 배터리는 충전해 재사용할 수 있는 2차 전지인 ‘리튬이온 배터리’인데요. 리튬이온 배터리를 구성하는 양극, 음극, 전해질, 분리막의 주요 소재들이 배터리의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
리튬이온 배터리의 양극은 리튬코발트산화물로 구성되어 있으며 배터리의 용량과 사용시간에 영향을 미쳐 배터리의 핵심 소재라고 할 수 있습니다. 음극은 흑연으로 구성되어 배터리에 수명에 영향을 미치며, 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전류를 흐르게 합니다. 그리고 전해질은 양극에 있는 리튬이온이 음극으로 이동할 수 있도록 하는 중요한 역할을 하는 매개체입니다. 마지막으로 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 방지하는 역할을 하는데요. 막을 통해 전극이 서로 닿지 않게 해서 배터리 폭발을 막아주는 역할을 한답니다.
02
겨울철 전기차의 성능이 떨어지는 이유는?
친환경 흐름을 타고 대세 반열에 오르고 있는 전기차! 그런데 겨울만 되면 문제점이 있는데요. 바로, 주행거리가 적게는 10%부터 많게는 40%까지 감소한다는 점입니다. 리튬이온 배터리의 근본적인 특성 때문에 어쩔 수 없이 생기는 현상인데요.
전기차 주행거리가 겨울에 급격히 줄어드는 이유는 바로 리튬이온 배터리의 전해질이 액체이기 때문입니다. 전해질은 양극에 있는 리튬이온이 음극으로 이동할 수 있도록 하는 중요한 역할을 하는 매개체인데요. 한겨울에 기온이 떨어지면 액체인 전해질이 굳어집니다. 전해질에 녹은 리튬이온 또한 이동속도가 줄어들면서 배터리의 내부에는 저항이 증가해 배터리 성능이 평소보다 20~30 % 감소하게 됩니다.
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전기차 배터리, 조금 더 오래 쓰려면!
그렇다면 겨울철 배터리 성능을 보호하기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 겨울철에는 히터를 틀 때 주행거리가 더욱 줄어든다고 합니다. 이를 보완하기 위한 시스템이 있는데요. 배터리 대신 전기모터에서 발생하는 열을 차량 난방에 활용하는 시스템인 ‘히팅 펌프’와 자동차의 실내 공기로 배터리를 가열해 배터리 충전 시간을 단축하는 ‘배터리 히팅 시스템’을 사용하는 것이 배터리 수명을 유지하는 데 도움이 된다고 합니다.
또, 배터리는 성능이 한번 떨어지면 회복이 불가능하기 때문에 평소에도 세심한 관리가 필요합니다. 리튬이온 배터리는 높은 압력과 온도, 물리적 충격에 취약한데요. 배터리를 빠르게 충전할수록 높은 압력이 가해지기 때문에, 배터리 성능을 유지하기 위해서는 충전 속도가 느릴수록 좋습니다. 평상시에는 완속 충전기를 주로 이용하고, 장거리 주행 시, 비상용으로 급속 충전을 하는 것을 추천합니다.
또, 배터리 완전 방전과 완전 충전을 피하는 것도 중요한데요. 계기판 표시 기준 20~80% 내외로 배터리 용량을 유지하기를 권장합니다.
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친환경은 기본, 고용량·고성능 추구하는 차세대 배터리
전기차의 심장과도 같은 배터리! 리튬이온 배터리는 500회 정도 충전을 하면 성능이 급격히 떨어지기 때문에 15만km 주행 후에는 배터리 교체가 필요한데요. 전기차 연비와 성능에 직접적으로 영향을 미치는 배터리를 고용량으로 개발하려는 노력이 지속되고 있습니다. 얼마 전 한화토탈이 생산시설을 증설한 초고분자량 폴리에틸렌(Very High Molecular Weight Poly-Ethylene) 또한 고용량 배터리의 분리막 소재로 주목받고 있죠!
이외에도 전해질 자체를 고체로 바꾸는 전고체 배터리라는 차세대 배터리도 장기적인 관점으로 개발 중이라고 하니 전기차의 미래가 더욱 기대됩니다.
오늘은 전기차의 겨울철 배터리의 성능과 관리법에 대해 알아보았습니다. 우리 일상에 조금씩 등장하고 있는 전기차, 환경과 미래를 위해 하루빨리 더욱 발전하기를 바래봅니다.
종합 케미칼 & 에너지 리더,
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