전기차 껍데기를 배터리로? 나사 연구진이 개발 중인 기술

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학술지 Small 3월호 표지(출처:Small)

아이언맨이나 엣지 오브 투모로우와 같은 영화를 보면 엑소스켈레톤(Exoskeleton) 슈트를 착용한 주인공이 등장한다. 엑소스켈레톤은 ‘외골격’이란 뜻이다. 자체 동력으로 사용자 능력을 강화해 주기에 현실에선 군이나 산업현장에서 쓰임이 기대되는 웨어러블 기기다. 완전히 같은 개념은 아니지만, 전기차에도 파워슈트를 씌우기 위한 기술이 개발되고 있다.

■ 자동차 파워슈트?…무슨 기술이길래

해외 매체 더넥스트웹(TNW)는 최근 미국 센트럴 플로리다 대학교(UCF)와 나사 연구원 팀은 전기차 외피를 일종의 보조 배터리로 활용할 수 있는 새로운 기술을 개발하는 중이라고 밝혔다. 새 기술로 만들어질 자동차 외피는 배터리에 전력을 공급하며 단단하면서 가볍다고 한다.

아직 정확한 명칭은 정해지지 않은 듯하다. 연구진은 이를 ‘파워슈트’라고 불렀는데, 탄소 복합재와 나노 그래핀 시트로 이뤄졌다. 하이브리드 슈퍼 캐패시터로 작동해 에너지를 저장하고 공급한다는 설명이다. 이는 슈퍼 캐패시터와 리튬이온배터리 장점을 결합한 것이다. 충전 속도가 빠르면서도 저장 용량이 적지 않다는 말이다.

미국 센트럴 플로리다 대학교(UCF)와 나사 연구원 팀(출처:UCF)

이를 활용한 자동차 외피를 만드는 게 연구진의 목표다. 연구팀은 “에너지를 저장하는 자동차 외피를 통해 배터리에 전력을 보충하려는 것”이라고 했다. 실제 이 기술은 유명 국제 학술지 스몰(Small) 3월호에 실린 바 있다. 겉표지에 이들이 구상하는 활용방안이 묘사돼 있는데, 전력을 담은 자동차 외피를 강조한 모습이다.

■ 가볍고 튼튼하며 오래 쓴다는데

연구진에 따르면 전기차 파워슈트는 탄소 복합재를 여러 층으로 쌓아 올린 덕분에 강철보다 튼튼하고 알루미늄부도 가볍다. 무게가 줄면 자동차 주행거리가 늘어나기 마련이다. 연구진은 파워슈트를 사용하면 주행거리가 최대 25% 향상된다고 예상했다. 한 번 충전에 500km를 달리는 테슬라 모델Y 롱레인지가 100km를 더 주행한다는 의미다.

이게 맞다면 파워슈트를 입은 전기차는 배터리 무게를 늘리지 않고 더 많은 거리를 주행할 수 있다. 또 외부충격으로부터 더 안전하면서도 차량 무게는 줄어드는 셈이다. 연구진은 “무게를 줄일 때마다 주행 범위가 늘어나기에 전기차와 항공 분야에서 응용될 수 있을 것”이라고 강조했다. 한발 더 나아가 인공위성 등 우주 분야에서도 활용될 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓았다.

(출처:유튜브 채널 Nano energy and Photonics UCF)

필요한 전력을 빠르게 공급하는 슈퍼캐패시터가 있어, 전기차가 가속하는 데 도움을 준다는 설명이다. 정차를 위해 브레이크를 밟을 때도 마찬가지다. 특히 연구진은 ‘충전-방전’ 수명이 기존 전기차 배터리 대비 10배는 더 길다고 강조했다. 전기차에 사용되는 리튬이온배터리는 충전을 거듭하면 성능이 저하된다. 500회가량 충전한 경우 성능은 70~80% 수준으로 떨어진다. 불에 타지 않는 불연성 소재라는 점도 특징이다.

연구진은 실제 파워슈트 일부를 배터리로 사용하는 실험 영상을 공개하기도 했다. 아직 상용화된 기술이 아닌 만큼, 실험은 실제 차량이 아닌 전기 모터로 움직이는 RC카로 진행됐다. 건전지를 뺀 RC카에 파워슈트를 연결하자 RC카 바퀴가 돌기 시작한다. 당초 목적했던 파워슈트를 통한 전력공급이 가능하다는 말이다. 다만 이 기술이 실제 전기차에 적용될진 미지수다. 현재 개발 단계는 절반 정도에 그친다.

(출처:Volkswagen)

■ 배터리 개선 노력은 현재진행형

파워슈트는 전기차 배터리 성능과 효율을 높이기 위한 시도 중 하나다. 자동차 껍데기를 보조 배터리로 사용한다는 점에서 차별화되긴 하지만, 결국 목표는 다른 시도들과 같다. 세계 각지에선 업체 규모를 떠나 전기차 배터리 효율을 높이기 위한 노력이 계속되고 있다. 배터리가 곧 전기차 성능을 나타내는 핵심 부품이기 때문이다.

배터리 기업 퀀텀스케이프는 업계 최초 15분만에 80%까지 충전 가능하면서 충전-방전 주기를 개선한 전고체 배터리를 개발했다. 스타트업 스켈레톤테크놀로지는 차세대 배터리 소재로 조명받는 그래핀을 이용한 슈퍼캐패시터를 선보였다. UCF와 나사 연구팀이 개발하는 방식과 유사한데, 12초면 충전이 완료된다. 국내선 지난해 LG에너지솔루션이 전고체 배터리 기술을 개발했다. 기존 배터리 대비 에너지 밀도가 높고 500회 이상 충전해도 80% 이상 성능을 유지한다.

테크플러스 에디터 윤정환

tech-plus@naver.com​

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