전기 자동차! 나도 한번 타볼까?

전기 자동차는 언제부터 만들어졌나?

19세기 말 자동차 시대의 초기에는 납축전지(현재 자동차 시동용 배터리와 같은 종류)를 동력원으로 사용하는 전기 자동차가 훨씬 더 소비자의 선택을 더 많이 받았다. 하지만 당시 납축전지는 너무 무겁고 시간이 지나면 황산에 의해 차량 내부가 부식하는 문제가 있었다. 이에 발명왕 에디슨은 납축전지보다 더 가볍고 오래가며 새로운 배터리인 수산화칼륨과 철/니켈 전극으로 만든 알칼리 배터리의 원형을 1903년에 발명하고 1910년에 생산 공장을 완성하였다. 한번 충전한 배터리로 1,000마일을 갈 수 있다는 발명왕 에디슨의 야심 찬 발표는 당시 배터리에 대한 지식 부족에서 나온 실언이 되었고 실현되지 못했으나 충전 배터리만으로 멀리 갈 수 있다는 공언은 지금의 전기 자동차 개발 목표의 씨앗이 되었다.


에디슨의 알칼리(alkaline) 배터리로 만든 전기 자동차와 Ford-T 자동차

에디슨의 전기 자동차가 발표되기 1년여 전, 1908년 10월 1일 포드는 품질이 개선된 내연 엔진 자동차 Ford –T를 내놓고 대량 생산 체제를 갖춤으로써 발명왕 에디슨에게 처참한 패배를 안겨 주었다. 에디슨은 전기 자동차의 초석은 깔았으나 사업은 성공하지 못한 것이다. 하지만 알칼리 배터리(Duracell, Energizer 등에서 판매하고 있는 A, AA, AAA, D 등급 전지의 시초)는 현재 우리가 가정에서 많이 사용하고 있는 전지의 효시가 되었다. 결론적으로 전기 자동차 개발로 시작한 베터리가 자동차에서는 포드에게 밀렸으나 사업적으로는 크게 성공한 발명 중의 하나가 되었다. 


제2 자동차 혁명 – 전기 자동차

초기엔 가솔린 엔진 차보다 주행거리, 충전 시간 등의 현저한 성능 격차 때문에 대중화에 성공하지 못했다. 하지만 화석 연료의 고갈과 내연 엔진의 사용으로 인한 대기 오염 등의 문제로 전기 자동차를 일상화하기 위하여 가볍고 오래가며 가격이 저렴한 배터리 개발에 각국 정부 차원의 지원과 노력이 수십 년간 계속되었다. 덕분에 내연 엔진과 베터리 동력을 병행하는 하이브리드 카와100% 배터리에만 의존하는 순수 전기 자동차 등 소비자의 전기 자동차 선택 범위도 넓어졌다.  


전기 자동차, 가솔린 엔진차보다 어떤점이 좋은가?

100% 전기 자동차는 내연 엔진 차보다 에너지 효율이 훨씬 높고 구동 시스템이 더 단순하기에 순간 속도와 커브 핸들링 등의 성능이 훨씬 뛰어나다. 그러나 일반 소비자들이 요구하는 경제적이고 장거리 주행이 가능하며 충전 시간이 짧은 획기적인 배터리와 주변 기술이 더 개발되어야 대중성을 가질 것으로 보인다.


현재 시판 중인 100% 전기 자동차 테슬러 

대부분 주행가능 거리가 80 miles 내외로 짧고 1회 충전 시간이 아주 많이 소요된다. 100% 전기 자동차 전문 메이커로 출발한 테슬라는 주행거리를 250 miles ~ 265 miles로 늘리고 모든 기능과 내부를 고급화하면서 가격대도 $70,000 ~ $108,000 정했다. 또 디자인에 차별화를 주어 전기 자동차는 기능도 좋고 luxury 하다는 느낌을 주어 비싼 가격임에도 불구하고 기존 자동차 제조업체보다 더 많은 판매량을 올리고 있다. 


엔진차보다 훨씬 경제적인 전기 자동차                                                                              

현재 전기 자동차는 2015년에71,064대가 팔려 전 세계 자동차 판매대수 17,400,000대 대비 시장 점유율은 고작 0.41%이다. 이유는 짧은 주행거리이다. 하지만 미국 내에서 주행하는 차의 90% 정도는 하루 주행 거리가 53마일이다. 따라서 현재 나와 있는 모델들은 하루 사용하고 돌아와서 밤새 집에서 충전하는 용도로 사용하면 일 년 충전용 전기사용료가 평균 $500 이하이며 구매 시 차에 장착된 배터리의 크기에 따라 $2,500  ~ $7,500의 Federal Tax Credit을 받을 수 있기에 잘 선택하면 내연 엔진 차보다 훨씬 경제적일 수 있다.  

전기 자동차의 전망 

더 값싸고 성능이 좋은 배터리 기술 개발이 관건

100% 전기 자동차의 가장 큰 약점 중의 하나인 주행거리는 더 많은 배터리를 사용하면 얼마든지 늘릴 수 있으나 그렇게 되면 가격이 너무 비싸진다. 또 현재 전 세계 리튬이온 배터리의 생산량도 향후 예상되는 수요량을 충당하기에 턱없이 모자랄 것으로 예상한다. 지금 예약받은 325,000대의 Model-3 에 소요될 배터리의 양은 250mile 주행기준으로 70KWh x 325,000 =24,375,000 KWh or 24.375 GWh 이다. 2015년 기준 전 세계 리튬이온 배터리 생산량은 35GWh 정도로 되며 이중 약 25 GWh 는 스마트 폰이나 노트북 컴퓨터 등에 사용되고 있으니 예약받은 차량을 인도하는 것은 2017년까지 배터리 생산량이 늘어난다고 해도 몇 년 이상 걸릴 것으로 예상한다. 이에 대한 대책으로 테슬라는 2020년 완공목표로 35GWh 생산량을 가진 배터리 Gigafactory를 네바다주의 Sparks 시에 건설하고 있으며 배터리 가격도 30% 이상 낮출 계획이라서 앞으로는 소비자의 선택폭이 한층 넓어질 것으로 예상된다. 



글_김 준 박사 배터리 응용 전문업체 경영