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    전기차 배터리 수명 ‘5년’이 최대다? Yes or No!

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    스마트폰 배터리 수명이 다했을 땐 어떻게 하나요? 스마트폰 배터리는 오래 사용할 경우, 사용 시간이 짧아져요. 사용할 수 없는 건 아니지만, 자주 충전해야 하고 금방 꺼지기 일쑤죠. 100% 완충이 안 될 때도 많고요.

    이럴 땐 공식 서비스 센터에서 배터리를 교환하거나, 아니면 아예 새로운 기기로 바꾸기도 해요. 사용 습관에 따라 다르지만 짧게는 1년, 길게는 3년 사이에 수명을 다 해요.

    전기차는 어떨까요. 배터리가 탑재된 전기차 역시 수명이 그 정도로 짧을까요? 전기차의 수명에 관한 말들이 굉장히 많은데요. 오늘은 전기차 배터리의 사용 기한이 어느 정도인지 한 번 알아볼까 해요.

    전기차 배터리는 스마트폰과 같은 ‘리튬 이온 배터리’🚗

    SciTechDaily

    일단, 배터리에 대해서 먼저 알아볼까요. 전기차에 들어가는 배터리는 스마트폰, 태블릿, 노트북에 들어가는 것과 같아요. 바로 ‘리튬 이온 배터리’가 탑재됐는데요. 이 배터리는 용량 대비 무게가 가볍고, 에너지 밀도가 높다는 장점이 있죠.

    또 하이브리드 차량에 사용했던 니켈 수소 전지보다 전력손실률이 낮고, 재충전이 용이하다는 점 등이 전기 자동차에 내장하기에 가장 알맞다고 여겨지고 있어요.

    🙂 배터리 종류는 같지만, 모델별로 모양은 달라요!

    왼쪽부터 각형, 파우치형, 원통형 (삼성, LG)

    전기자동차에 들어가는 리튬 이온 배터리는 총 3가지가 있어요. 담는 형태에 따라 종류가 나뉘는 거죠. 각기둥 형태의 ‘각형’, 파우치 모양의 ‘파우치형’, 건전지와 닮은 ‘원통형’ 등이 있어요.

    BMW, 아우디, 폴크스바겐, 포르쉐, 페라리 등에 탑재되는 각형 배터리는 알루미늄의 사각형 형태로 패킹한 배터리다. 알루미늄 케이스로 감싸져 있어 내구성이 좋아 자동차 사고에도 잘 견디지만 무게가 꽤 나간다는 단점이 있죠.

    파우치형 배터리는 배터리 소재를 쌓은 후 필름으로 패키징한 모양이에요. 에너지 밀도가 높고 전기차 업체가 요구하는 다양한 모양으로 제작할 수 있다는 특징이 있어요. GM, 볼보, 닛산이 주로 이 배터리를 사용해요.

    건전지와 닮은 원통형 배터리는 유명 전기차 업체 테슬라가 채택하고 있는 배터리에요. 각형, 파우치형 배터리 보다 저렴하지만 에너지 밀도가 낮고 수명이 짧다고 해요.

    📱스마트폰과 같은 배터리라면…수명도 비슷할까요?

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    전기차에는 스마트폰처럼 배터리가 한 개만 탑재된 게 아니에요. 배터리 셀들이 모인 모듈, 그 모듈이 모인 팩으로 구성돼죠. 적게는 수십개 많게는 수천개의 배터리가 장착돼 있어요. 수명이 짧아 배터리 개수가 많이 필요한 원통형의 경우, 모델에 따라 2000~4000개 셀을 설치한다고 해요.

    전기차의 경우 방전된 배터리 셀만 충전해 배터리에 부담을 덜 줘요. 하지만 아무래도 충전, 사용하는 과정에서 불균형이 생길 수 있겠죠? 그래서 전기차는 효율적인 방식으로 배터리를 충전하도록 설계됐어요. 배터리 용량을 극대화하고 수명을 늘리기 위해 배터리 균형을 맞추고 있는거죠. 이런 방식을 ‘셀 밸런싱’이라고 해요.

    셀 밸런싱은 액티브와 패시브 두 가지 방식이 있는데요. 먼저 액티브의 경우 충전 시 용량이 적은 셀에 더 많은 용량을 전달해 셀의 전하를 재분배해요. 많은 전류를 필요로 하는 셀을 위주로 충전하면서 대량의 불균형 밸런싱을 방지하는 거에요. 패시브는 외부의 저항을 통해 여분의 전하를 제거해 모든 배터리 셀들의 용량을 비슷하게 만드는 방식이에요.

    배터리 수명은 무려 10~20년?😲

    clsa

    이러한 충전 방식으로 전기차 배터리는 스마트폰 배터리와 다르게 수명이 긴 편이에요. 한국 에너지 공단은 전기차 배터리의 수명은 10년 정도라고 보고 있어요. 물론 배터리 규격과 사용 조건에 따라 달라지지만요.

    현대 자동차는 주행 습관과 충·방전 방식에 따라 수명이 크게 달라진다면서 최대 21년 11개월간 사용할 수 있다고 설명했어요. 또 “전기차를 타는 동안 고장이 아닌 배터리 수명이 다해 교체하는 일은 없다고 봐도 무방하다”라고 덧붙였죠.

    자동차 전문가들은 배터리 수명을 몇 번 충전하고 방전할 수 있는지 표현하는게 정확하다고 말하고 있어요. 현대차는 통상적으로 방전 상태에서 충전시 1000회, 50% 사용 후 충전했을 때는 약 5000회, 20% 사용 후 충전했을 때는 약 8000회 가량 충전이 가능하다고 보고있어요.

    하지만 배터리 성능 저하 문제는 있어요. 시간과 사용량에 따라 성능이 저하될 수 밖에 없어요. 시간이 지날수록 충전 속도가 느려지고, 충전량에 따라 주행거리가 줄어드는 거죠.

    자동차 배터리에 안 좋은 습관🤷🏻‍♀️이 있다?

    자동차 성능 저하의 원인은 바로 배터리 내부 구조 변형이에요. 한국과학기술연구원(KIST)은 리튬 이온 배터리의 성능을 좌우하는 에너지 밀도가 낮아지는 현상은 거친 운전 습관이 원인이라고 설명했어요.

    급가속 등 고출력으로 주행할 때, 배터리의 양극으로 전달되는 리튬이온의 양이 제한되면서 회복하지 못한 전극 물질이 배터리 내부에서 변형을 일으키는 거죠. 이런 현상은 전지 용량을 줄이고 수명을 단축시킨다고 해요. 고전압으로 충전할 경우에도 마찬가지에요.

    배터리를 완전히 방전시켰다가 다시 충전하는 것도 좋지 않아요. 리튬 이온 배터리는 충전과 방전을 반복할수록 충전효율이 떨어지기 때문이에요. LG화학 연구진은 배터리의 잔존 에너지를 40~50% 유지하면서 주행한다면 배터리를 오래 쓸 수 있다고 설명했어요.

    🛒폐기되는 배터리, 어떻게 처리되고 있을까?

    WIRED

    전기차의 판매 대수는 매년 늘어나고 있어요. 시장조사업체 카운터포인트 리서치는 2017년 전세계 전기차 판매량은 120만대를 기록했다고 밝혔어요. 2019년에는 200만대가 팔렸고요. 2025년엔 1000만대를 넘길 것으로 예상되고 있어요.

    전기차가 보급됐을 때 기준으로 생각한다면 3~4년 내에 대량의 폐배터리가 나올 것으로 예상되고 있어요. 에너지 경제 연구원은 10년 뒤에는 폐배터리가 8만개에 달한다고 보고 있고요. 문제는 이 폐배터리를 어떻게 처리해야할 지 활용 방안이 마련돼 있지 않다는 거죠.

    전기차 보급 속도가 국내서 가장 빠른 제주도는 이미 전기차 폐배터리 문제가 심각한 상태에요. 한국일보에 따르면, 연면적 2,458㎡건물에 길이 1,2m짜리 전기차 폐배터리가 100개 이상 쌓여있다고 해요. 아직 배터리 처리 방법은 정해지지 않아서죠.

    폐배터리의 경우 부피가 섬 밖으로 들고 나오기도 어렵다고 해요. 매주 평균 5개씩 폐배터리는 쌓이고 있고요. 현재 전기차배터리산업화센터에서 연구를 위해 보관해두긴 했지만, 이를 해결할 방법이 없어 골머리를 앓고 있는 상태에요. 배터리인 만큼 다른 쓰레기처럼 매립이나 소각을 할 수도 없으니까요.

    SK이노베이션, LG에너지솔루션 등 국내 기업은 현재 배터리 재활용 사업에 적극 참여하고 있어요. 폐배터리서 수산화 리튬을 회수하는 방안, 원재료를 배터리 제조사에 되파는 재활용 사업 등을 운영하고 있다고 해요.

    테크플러스 에디터 전다운

    tech-plus@naver.com​

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