고안정성, 고에너지 밀도, 저가 요소는 필수

이동통신 부품동향 ⑥ Ⅰ. 배터리

장기적 개발과 연구로 획기적 소재 가능아무리 성능이 좋고 뛰어난 전자제품이라 하더라도 제품을 움직이는데 필요한 에너지가 없다면 고철 값도 못되는 무용지물 신세로 전락하고 만다. 특히 이동성이 필요없어 다양한 기능이나 대형크기, 사용자 편의성 등이 중시되는 실내용 전자제품에 비해 휴대용 전자제품은 말 그대로 휴대성이 얼마나 편리하느냐가 중요한 제품 선택조건이므로 배터리의 성능이 무엇보다 중요한 선정기준으로 자리잡고 있다.휴대전화 멀티미디어 기능 확대되면서,배터리 사용량 증가과거의 휴대전화는 7.2V 전압사용과 저전력 소비 기술의 미비, 그리고 미약한 전파수신 지역이 대부분을 차지해 지금과 비교했을 때 배터리의 크기에 비해 사용시간은 현저히 짧기만 했다. 한 번 충전했을 경우 채 하루를 넘기기 힘들었던 초기 휴대전화 배터리의 용량부족은 사용자들의 불편사항 중 하나였고 휴대전화 디자인 측면에서 획기적인 디자인을 내놓는데 걸림돌이 되기도 했다. 그렇다면 지금의 휴대전화용 배터리 상황은 어떤가 보자. 일단 휴대전화의 사용전압이 3.7V로 낮아졌으며 저전력 부품 및 저전력 회로구성 뿐만 아니라 배터리의 고밀도 용량이 가능해져 단순 비교상, 사용시간이 대폭 늘어났다. 또한 심하게 외진 곳이거나 낙도 또는 깊은 산속이 아닌 이상 어디서나 충분한 전파수신이 가능해 전파를 수신하는데 드는 전력소모가 덜해진 것도 배터리 사용시간의 연장을 가져다 주었다. 반면, 휴대전화의 다양한 기능과 특히 동영상보기 같은 고전력 기능 사용으로 이전보다 배터리 사용량도 훨씬 많아졌다. 그만큼 배터리 방전이 빠르다는 얘기다.정부는 2004년 정부지원사업으로 2차전지 산업에 대한 지원과 사업계획을 발표한 바 있다. 이에 따라 많은 업체들이 2차전지 사업에 뛰어들었으며 지금도 소재와 관련기술 개발에 매진하고 있다. 현재 이동통신 배터리에서 주종을 이루는 것이 리튬이온 배터리이다. 리튬이온 배터리는 외부전원을 이용해 충전해서 반영구적으로 사용하는 배터리로 다른 소재 배터리에 비해 크기가 작고 구동시간이 길다는 장점과 충방전시 메모리 효과가 없다는 특징을 갖고 있다. 하지만 과충전을 하면 파열될 위험이 있고 순간적인 방전에도 약하며 지나친 방전을 하게 되면 배터리의 기능에 영향을 받아 충방전을 관리하는 마이크로 칩을 넣어야 하는 단점을 안고 있다. 이 밖에 배터리 기술과 관련해서 금오공대 응용화학과 연구팀은 나노입자 코팅기술을 이용해 안정성이 높은 고용량의 양극 활물질을 개발하여 휴대전화 배터리의 사용시간을 약 20%이상 늘릴 수 있는 공정기술을 선보였으며 일본의 모 업체는 물로 충전하는 휴대전화용 배터리 개발을 발표하기도 했다.이러한 배터리 소재와 기술의 발전은 신소재의 발견과 소재들끼리의 새로운 결합, 그리고 배터리 애플리케이션의 고성능화와 효율성을 가져다 주면서 이동통신용 배터리가 궁극적으로 나아가야할 고성능화, 고안정화, 소형화, 그리고 저가화의 뚜렷한 길을 제시하고 있다. 무엇보다도 휴대가 간편해야 하는 이동통신기기의 특성상 배터리의 트렌드는 소형화와 경량화의 흐름에서 비껴갈 수 없을 것으로 보인다. 더군다나 휴대전화 업계의 가속적인 박형화 추세에서 본다면 이에 발맞출 수 밖에 없는 배터리의 정해진 운명은 과거 니켈카드뮴 배터리에서 리튬이온 배터리로, 그리고 리튬이온-폴리머 배터리까지 그 지속적인 변화를 예감케 한다. 그러나 단기간 내에 배터리 소재의 급진적 변화는 당분간 없을 것으로 예상되며 장기간의 연구를 거쳐야 획기적인 소재가 나올 것으로 전망된다.또한 이동통신용 배터리가 지녀야 할 필수적 ‘사명’은 외부충전없이 오래 사용할 수 있는 고성능화인데 사실 이 점이 가장 중요한 핵심사항일 것이다. 부품과 회로시스템의 발전으로 점차 저전력 소모가 가능해지면서 상대적인 사용시간이 길어진 점도 무시할 순 없겠지만 배터리 고유의 고용량화를 위한 신소재의 개발과 배터리의 효율적 사용을 위한 전력관리시스템의 개발은 배터리 고성능화를 위한 일차적 접근방안이다.지금껏 살펴보았듯이 결국 이동통신 배터리의 기술 흐름은 고안정성, 고에너지밀도, 그러면서도 가격은 저렴한, 어떻게 보면 당연한 흐름으로 갈 수 밖에 없다. 단말기의 소형화와 고성능화 추세에서 비껴갈 수 없는 배터리 기술의 ‘흐름’은 이 세 가지 조건을 필수조건으로 만들었고 이는 배터리 업체가 치열한 시장에서 살아남기 위한 필수개발방향으로 각인시키고 있다.이는 장차 이동통신용 배터리 업체들이 나아가야 할 방향은 분명한 무엇을 보여주고 있다. 이런 추세 속에서 각 업체들의 특화된 아이템과 기술개발의 전망을 살펴보기로 하자.한국파워셀은 소형 디지털 기기나 블루투스, 시계 등에 사용되는 코인형 전지와 오토모티브용의 평판형 전지를 생산하는 업체이다.기존 니켈 전지의 견고함과 리튬이온 전지의 고에너지밀도 특성을 고루 갖춘 코인형 전지(Powerdisc)는 8mm부터 35mm의 크기로 여러 소형 전자제품의 요구사항을 충족하며, 오랫동안 사용해도 전지가 변형되지 않는 내구성과 신뢰성을 갖췄다. 평판형 전지인 Powernote는 주 적용분야가 오토모티브용으로 용량이 높으면서 안정성을 확보한 제품이다. 원천 기술을 갖고 있는 일본의 전지업체와 기술제휴를 통해 생산을 하고 있으며, 셀간 균일성이 오래 유지되므로 높은 충방전 내구수명을 제공하는 장점을 갖고 있다.파워셀은 이렇듯 전지분야에서 차별화된 기술력을 구축하고 있다. 외형적으로는 리튬이온 전지의 특징을 가지지만 내부적 구조는 폴리머 전지의 장점을 채택하여 이론상으로 삼각형, 원형 등 다양한 모양의 얇은 전지구상이 가능하다는 것이 김성철 개발팀장의 설명이다. 특히 대형전지의 경우 단일셀 수 십 개를 병렬, 또는 직렬로 연결했을 경우 적용제품의 수명연장과 직결되는 각 셀의 균일한 성능발휘가 중요한데 이를 잘 조율할 수 있고 “이것이 파워셀만의 특화된 기술”이라고 김 팀장은 말한다.파워셀은 현재의 제품군을 확장하여 이동통신용 배터리에도 접목할 제품을 구상 중 이라고 한다. 정근창 대표이사는 “휴대전화용 전지시장은 규모, 원가, 품질관리 측면에서 최고 수준을 요구하는 시장이므로, 당장 범용 제품의 대량생산 판매를 추구하지는 않지만 초박형 특수 형상의 제품을 고객에 맞춤 제공할 수 있는 기술을 보유하고 있기에 향후 적절한 생산 체계를 구축해 나가면서 본격적으로 검토할 계획”이라고 말했다. 이에 따라 고에너지밀도, 저가격, 안정성에 초점을 맞춘 제품개발 방향설정이 중요하다고 말을 이었다.“이동통신용 배터리는 크기가 작고 오래가는 것이 필수”라는 김 팀장의 말처럼 향후 배터리의 발전은 소형화에 따른 고집적화와 이를 뒷받침할 소재의 개발이 필수적이라고 할 수 있다. 우리나라 배터리 시장에서 단순히 국산화만을 따진다면 70~80% 수준인 배터리 소재의 경우 현재까지 “첨단소재가 발표된 예는 있지만 실제 적용된 사례는 없으며 단기적으로도 급격한 소재의 변화는 없을 것”이라는 게 그의 전망이다. 결국 제품의 평준화가 가속화 되면서 종합적인 신뢰성과 가격 경쟁력이 점점 더 중요한 요소로 부각될 것임을 가늠해 볼 수 있다. 이는 일본과 중국의 틈바구니에서 고전하고 있는 국내 업계가 중국과 일본에 대항할 수 있는 제품개발, 기술개발이 절실히 필요하다는 인식의 전환점으로 치환될 요소라고 볼 수 있다.씨알텔레콤의 솔라셀인 ‘에버셀’의 가장 큰 특징은 집광효율을 높인 것이다. 현재 웨이퍼 기술 여건상 셀의 단위면적당 얻을 수 있는 전류출력은 미미하기 때문에 단지 셀에만 의존한 휴대전화 배터리 대용 및 충전은 사실상 어려운 형편이다. 그렇기에 씨알텔레콤은 자체 특허기술을 통해 빛의 손실없이 가급적 빨리 배터리를 충전할 수 있는 급속충전시스템을 개발해 이러한 단점을 보완했다. 덧붙여 휴대전화용 전기충전 어댑터를 이용한 충전도 가능해 흐리거나 태양광만으로 충분치 않을 경우에도 예비 배터리로써 충분한 활용성에 대비했다.에버셀은 바이어의 요구에 따라 대표적으로 세 가지의 제품을 선보이고 있다. 각각의 제품은 용량별로 구분돼 있으며 가장 작은 용량의 제품인 ST-450(4.2V, 450mA)의 경우 태양광 충전 시 약 3~4시간30분 정도 소요되며 연속통화 35분, 연속대기 약 20~30시간 정도의 성능을 보이고 있다. 태양광 충전이기에 날씨에 따라 충전시간이 달라지기도 하며 자동 덤핑기능이 있어 휴대전화 배터리를 충전시키기도 한다. 그러나 에버셀 자체적으로 3가지 형태의 배터리 저장탱크가 있어 휴대전화 배터리가 완전히 방전되어도 에버셀만으로도 통화가 가능하다. 또한 세라믹 소재로 이뤄진 셀을 충격으로부터 보호하기 위해 대부분 겉면에 씌우는 에폭시의 빛 투과율이 좋지 않다는 단점을 극복하기 위해 폴리머를 사용하여 빛의 투과율을 높여 상대적인 집광효율을 높인 것도 이 제품의 특징이다.씨알텔레콤의 박득승 대표는 무한하며 무공해 자원인 태양광에 대해 “앞으로 적용분야와 활용가치가 높은 분야”라며 미래의 사업적 가치에 대한 기대를 내심 숨기지 않았다. 그에 따르면 2차전지는 “그 소재가 무엇이든 반드시 충전을 해야 하는 숙명”을 떠안고 있는 만큼 상대적으로 비용과 활용성에서 비교우위에 서 있는 솔라셀이 급부상할 것이라는 데 방점을 찍고 있는 것이다.특히 휴대전화 시장에서 현재의 배터리는 디자인과 크기에 따라 단말기 모델별에 따른 호환이 불가능한데 비해 “에버셀은 24핀 규격으로 국내 어떤 단말기에도 적용이 가능하다는 것이 제품의 장점”이라고 말했다. 즉 휴대전화의 소형화, 박형화 추세를 따라갈 수 밖에 없는 전용 배터리와 비교했을 때 상대적인 단점으로 보일 수 있는 에버셀의 크기는 예비 배터리(또는 충전기)로써의 역할과 아울러 자체 배터리로도 충분한 경쟁력을 갖췄다는 것이다.박 대표는 미래의 큰 흐름을 세 가지로 압축해 보고 있다. 반도체와 스크린, 그리고 배터리로 압축되는 미래발전의 큰 동력 중에서 배터리는 소형화와 고용량화가 이루어지는 추세 속에 효용성을 중시하는 방향으로 나아갈 것으로 전망하고 있다. 즉 가격과 폭넓은 사용편의성이 배터리 발전에서 중요한 부분을 차지할 것이라는 얘기다. 이 조건을 해결하기 위해서는 당장 시급한 것이 집광효율이 좋은 웨이퍼를 생산하는 것이라고 개발을 담당하고 있는 이성운 전무의 말이다. 즉 솔라셀의 효율적 이용을 위한 시스템 개발과 반도체 업체들이 내놓는 효율성 높은 웨이퍼의 사용이 결합된다면 솔라셀의 역할과 사용범위는 대폭 확장될 것이라는 게 박 대표의 낙관적 전망이다.유한한 자원이용의 불안함을 잠재울 수 있는 무한자원으로써의 태양광은 현재의 국한된 사용범위에서 벗어나 개인 휴대통신의 배터리에도 당당히 사용되는 모습이 그리 먼 미래의 상상만은 아닐 것이다.<김의겸 기자>INTERVIEW 정근창 한국파워셀 대표이사일본 품질신뢰성에 버금, 신뢰성은 세계 최고한국파워셀은 현재 개발 완료한 제품들과 개발 중에 얻게 된 많은 기술적 경험을 활용해서 세계의 고객들에 의해 범용적으로 사용될 수 있는 제품을 만든다는 목표를 갖고 있다. 고객들이 마음으로 느낄 수 있는 것을 추구하겠다는 정근창 대표이사를 만나 배터리 동향에 대해 들어봤다.- 이동통신용 배터리의 기술과 소재에 따른 개발 진행 방향에 대한 견해는.기술의 초점은 고에너지밀도의 제품, 저가격화, 그리고 계속 신뢰성과 안전성 수준을 높여 나가는 것이라고 인식하고 있다. 현재 소재 측면에서 특기할 만한 변화는 없지만 널리 알려진 소재와 부품 기술을 조합하고, 설계상의 여유를 줄여나가면서 재료의 충진 밀도를 높여 나가는 방식으로 소폭의 성능 개량이 이루어지고 있다. 그러나 현 수준을 크게 능가하는 수준의 혁신적 변화는 크게 기대하기 어렵다고 본다.- 이동통신 배터리의 중요한 점과 향후 기술개발의 초점이 어느 쪽에 있다고 보는가.단말기의 변화는 높은 성능을 더 작은 공간에 넣고자 하는 방향으로 전개되고 있으나, 배터리가 그 요구수준을 따라갈 수는 없을 것으로 보인다. 따라서 결국은 단말기의 설계에 가장 적합한 규격과 성능으로 타협이 계속 이루어 질 것이다. 이 외에 더 저렴한 제품에 대한 요구와 높은 안전성과 신뢰성에 대한 요구에 대해 탁월한 경쟁력을 갖추는 것이 중요하다 본다. 또한 획기적이지는 않지만 더 안정한 재료를 더 낮은 가격으로 제공하는 것, 더 높은 생산성과 품질 균일성을 제공하는 것 등이 주요 경쟁력의 요소가 될 것이라 생각한다.- 파워셀만의 차별화된 기술에 대해 소개해 달라.코인형 제품에는 작은 크기로 싼 전지를 구현하는 데 오래 이용되어온 코인전지 기술을 리튬이온 전지기술에 접목시키고, 당사 고유의 적층 기술을 적용했다. 이를 통해 종합적인 신뢰성 면에서 세계최고로 평가되고 있다. 평판형 제품에는 15Ah급의 고용량에도 불구하고 특수한 내부 구조와 안전 벤트의 구현으로 높은 안전성을 제공한다. 금속 외장 특유의 우수한 열 발산 특성에 힘입어 중대형 시스템으로 구현된 형태에서도 셀간 균일성이 오래 유지되는 특성이 있다.박득승 (주)씨알텔레콤 대표이사효율성 높이는 시스템과 웨이퍼의 개발이 선결과제점차 고갈되어 가는 에너지 자원의 위기에서 태양광(또는 열)은 이런 위기를 해소할 수 있는 무궁무진한 원천 에너지로 오래전부터 주목받아 왔다. (주)씨알텔레콤은 오랜 기간의 준비 끝에 태양광을 이용한 솔라셀(제품명:Ever Cell)을 상용화 시켰다. 박득승 대표는 무한청정에너지인 태양광의 이용에 많은 기대를 걸고 있다. 그의 입을 통해 휴대용 배터리에 관한 색다른 견해를 들을 수 있었다.- 아이템 발굴과 개발에 대한 진행상황을 듣고 싶다.시작한지는 꽤 오래됐다. 힘든 시기가 많았으나 개발을 담당하고 있는 이성운 전무의 노력과 끈기로 국내외에 특허등록까지 마쳤다. 사실 이런 아이디어는 처음이 아니다. 핸드폰 배터리에 집광셀을 붙여 시판한 외국의 사례가 있긴 하지만 활용성의 부족으로 실패했다. 우리는 그러한 맹점들을 알고 있기에 범용성과 효율성을 높이는데 주력하고 있다.- 솔라셀의 사용 또는 개발측면에서 가장 어려운 점은 무엇인가.뭐니뭐니해도 집광역할을 하는 셀의 효율을 높이는 것이 가장 큰 변수다. 현재 우리가 사용하고 있는 셀이 17%의 집광효율 을 보이고 있다. 예전에 삼성에서 24%의 효율을 보이는 셀을 발표한 적이 있는데 가격이 비싸 일반 상용화에는 어려운 점이 있다. 중소기업의 여건상 웨이퍼 생산을 할 수는 없지만 자체적 시스템의 개발과 반도체 업체들이 내놓는 효율성 높은 웨이퍼의 사용으로 휴대전화 뿐만 아니라 모든 휴대용 전자기기에 통용될 수 있는 솔라셀의 붐이 올 것이라고 생각한다.- 현재 솔라셀과 관련된 사업구상이 있다면.관심을 보이는 대기업에서 꾸준한 연락이 오고 있지만 사업진행상 아직 말할 단계는 아니다. 솔라셀의 적용범위가 매우 넓은 만큼 여러 사업구상을 하고 있다. 도로의 전광판부터 버스정류장의 노선정보시스템, 특히 전파수신이 취약한 곳에 사용하는 소형 중계기의 배터리를 솔라셀로 대체하는 제안을 텔레콤 회사로부터 받아 구상 중에 있다. 현재는 틈새시장일 수 있지만 향후 메인시장으로 갈 수 있다고 본다.- 향후 배터리 전망은 어떻게 보는가.이동통신용 배터리로 리튬이온 배터리와 안정성 측면에서 우수한 폴리머 전지의 개발이 지속될 것이다. 이외에도 수소전지는 오토모티브용으로 진화할 것인데 보다 더 나은 소재의 개발과 함께 소형화와 경량화, 그리고 보더 더 나은 효율을 보이는 쪽으로 진행될 것은 분명해 보인다. 하지만 이에 못지않게 솔라셀에 대한 발전성에도 주시해야 한다. 무한한 에너지원이기 때문이다.- 회사가 바라보는 시장성에 대해 말해달라.무엇보다 중요한 것은 제품을 사용할 수 있는 환경과의 접목이다. 제품에 대한 경쟁력은 충분하다고 본다. 수만대에서 많게는 수십~수백 만 대가 팔려나가는 휴대전화 시장을 봤을 때 단말기와 사용자, 그리고 에버셀의 3각이 융합된다면 속칭 ‘대박’을 터뜨릴 수 있는 충분조건은 갖췄다고 본다. 시간이 다소 걸리더라도 에버셀의 필요성은 점차 커질 것이다.

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