무질량 구조 배터리, 차량 설계 혁신... 10배 향상된 탄소 섬유 프로토타입 공개

스웨덴 찰머스 공과대학교와 KTH 왕립공과대학의 연구팀이 에너지를 저장함과 동시에 차량 구조의 하중을 지탱하는 '무질량(massless)' 구조용 배터리 프로토타입을 개발하는 데 큰 돌파구를 마련했다.

이 혁신적인 기술은 현재 차량 부피와 무게의 큰 부분을 차지하는 배터리를 이용한 운송 산업, 특히 전기차(EV)와 항공기의 설계 및 동력 공급 방식을 완전히 변화시킬 잠재력을 가지고 있다고 13일(현지시각) 에너지 전문 매체 오일 프라이스가 보도했다.


구조용 배터리는 단순히 에너지를 저장하는 것을 넘어, 구동하는 구조체의 일부로서 무게를 지니는 다기능 부품이다. 이는 현재의 EV가 배터리 무게를 견딜 수 있도록 특별히 설계되어야 하는 한계를 극복할 수 있게 한다.

스웨덴 연구팀이 개발한 새로운 배터리 프로토타입은 주로 탄소 섬유로 제작되었으며, 탄소 섬유는 전극, 도체, 그리고 내구성이 뛰어난 하중 지지 재료로서 다기능 역할을 수행한다.
이 모델은 이전 구조용 배터리 모델보다 10배 더 우수한 성능을 보여주며, 경쟁력 있는 에너지 저장 용량과 강성을 모두 갖추었다.

찰머스 대학 교수이자 프로젝트 리더인 라이프 아스프는 "이전의 시도들은 기계적 특성이나 전기적 특성 중 하나만을 갖춘 셀을 만들어냈지만, 우리는 탄소 섬유를 사용해 경쟁력 있는 에너지 저장 용량과 강성을 모두 갖춘 구조용 배터리를 설계하는 데 성공했다"고 설명했다.


현재 시장은 효율성과 성능이 뛰어난 리튬 이온 배터리가 지배하고 있지만, 리튬 채굴의 환경적 해로움, 지정학적 공급망 취약성, 그리고 에너지 저장 시간의 한계(최대 4시간) 등 단점도 명확하다.

구조용 배터리는 이러한 단점들을 극복할 수 있는 대안 중 하나이다.
이 신기술 프로토타입은 24 Wh/kg의 에너지 밀도를 가지며, 현재 사용 가능한 유사한 리튬 이온 배터리에 비해 약 20%의 용량을 의미한다.

에너지 밀도는 낮지만, 차량의 무게를 크게 줄여 운전하는 데 필요한 에너지를 줄일 수 있고, 에너지 밀도가 낮을수록 안전성이 높아진다는 이점이 있다.


구조용 배터리는 기술 연구개발에서 입지를 다지고 있는 여러 대체 배터리 프로토타입 중 하나일 뿐이다. 과학자들은 또한 고체 배터리, 나트륨 이온 배터리, 그래핀 배터리 등 다양한 대체 배터리 프로토타입 모델을 개선하는 데 분주히 참여하고 있다.

안정적인 전기화된 미래는 에너지 안보와 회복력을 높이기 위한 기술 다각화를 필요로 하며, 앞으로 어떤 배터리 종류가 함께 우리의 미래를 구동할 것인지가 핵심 과제로 남아 있다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com