[생활TECH] ‘울트라’ 커패시터로 달리는 오토바이
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[생활TECH] ‘울트라’ 커패시터로 달리는 오토바이
  • 선연수 기자
  • 승인 2020.02.04 16:25
  • 댓글 0
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운전자 환경을 고려한 배터리 기술

[테크월드=선연수 기자] 

(출처: NAWA Technologies)

스마트폰부터 전기차까지 하루를 함께하는 기기들은 배터리 유지 시간이 중요하다. 특히, 과거처럼 힘을 가하면 작동하는 기계식 구조가 아닌, 전력으로 가동되는 제품일수록 배터리 성능은 더욱 중요해진다. 또한, 전기차의 경우 배터리는 주행거리와 민감하게 연결돼 있다. 그런데 만약 오토바이에 울트라 커패시터가 들어간다면 어떻게 될까?

 

전기차 배터리는 왜 부족할까?

전기차나 하이브리드차는 차량의 출력이 기존 내연기관 대비 만족스럽지 않다는 평가가 많다. 잠깐 전기를 충전했다가 한 번에 방출해내는 커패시터는 이런 불만족을 일부 해소해준다. 출력 전압을 높여주며, 비상 전원용으로도 사용돼 전력 공급이 중단될 경우 임시적인 배터리 역할을 하기도 한다.

환경부 자료에 의하면, 현대자동차의 아이오닉 전기차(HP)는 38.33kWh의 리튬이온 폴리머 배터리를 사용해 1회 충전 주행거리 277km(상온), 211km(저온)를 달성하고, 최고속도 출력이 165km/h에 달한다. 테슬라의 모델 S 스탠다드 레인지(Model S Standard Range)는 101.5kWh의 리튬이온 배터리를 사용하며, 1회 충전 주행거리 479.9km(상온), 427.7km(저온), 최고속도 출력 250km/h를 기록한다.

이처럼 주로 사용되는 리튬이온이나 리튬폴리머 배터리는 소재의 원료인 리튬과 코발트, 흑연의 비용이 높아 전기차 완제품 가격에 큰 영향을 준다. 또한, 지오탭(Geotab)의 조사에 따르면, 전기차의 배터리 소모로 인해 매년 평균 2.3%씩 주행거리가 짧아지고 있다. 이에 슈퍼커패시터를 대신 사용하면 수명도 길고, 충전 속도도 빨라지며, 고전압을 출력할 수 있어 주행거리까지 늘릴 수 있다. 그러나 에너지 저장 밀도가 낮아 전력 효율이 좋지 못하고, 슈퍼커패시터의 용량만으로는 차량 전체를 구동하는 데 에너지가 부족해 아직 상용 도입되지 못하고 있다.

 

늘어난 배터리 수명, 무게는 더 가볍게

 

NAWA Technologies가 공개한 울트라커패시터 탑재 오토바이

나와 테크놀러지스(NAWA Technologies)는 작년 말 울트라커패시터와 리튬이온 셀이 결합한 형태의 배터리를 장착한 전기 오토바이를 공개했다. 이는 탄소 기반의 울트라 커패시터를 사용하며, 기존 리튬이온과 달리 열화없이 에너지를 빠르게 전달해 충·방전을 수백만 번 이상 반복할 수 있다. 이를 통해 모빌리티 시스템 전체의 수명을 늘릴 수 있을 것으로 나와 테크놀러지스는 기대했다.

통합형 배터리인 NAWACap은 무게가 10kg으로, 전기 자전거의 배터리보다 25% 더 가볍다. 용량은 전기 자전거용 배터리의 절반인 9kWh만을 사용하지만, 시동을 걸거나 제동할 때 울트라커패시터에 저장된 에너지를 80% 이상 재사용할 수 있어 효율은 훨씬 높다. 리튬이온의 전기 에너지 재사용 비율은 30% 정도다. 이 배터리가 탑재된 오토바이는 150km를 주행할 수 있으며, 도시 지역에서는 2배가량 더 먼 거리를 주행할 수 있다. 도심은 도로가 혼잡해 차량의 제동이나 시동 횟수가 많아 에너지 저장, 재활용 사이클이 늘어나기 때문이다.

오토바이는 전기차 전용 충전기로 2분만에 충전할 수 있으며, 가정용 전원을 통해 1시간 동안 80%를 충전할 수 있다. 속도 출력은 100km/h에서 최대 150km/h까지 낼 수 있다.

나와 테크놀러지스의 파스칼 블랑제(Pascal Boulanger) CTO 겸 COO는 “전기 자동차의 배터리는 여전히 저장 용량과 재충전 시간으로 인해 제약을 받는다. 나와 테크놀러지스의 리튬이온과 울트라커패시터를 결합한 배터리는 더욱 저렴하고 우수한 성능을 보여준다”고 자신했다. 또한, 울릭 그레이프(Ulrik Grape) CEO는 “도시의 통근 환경에 적합한 솔루션으로, 향후 전기차에 적용하지 못할 이유는 없다”고 파워트레인 디자인의 확장성에 대해 설명했다.

 

기술력보다는 운전 환경에 맞추다

 

스마트폰은 성능과 배터리간 균형을 맞추지 못하는 과도기를 거쳤다. 과거에는 사용자의 이용량을 따라잡지 못해 처음부터 2개의 배터리를 제공했으며, 이후 안전성과 성능을 위해 일체형 배터리 모델로 변하면서 더 높은 용량의 배터리를 탑재하게 됐다. 최근 콘텐츠 사용량이 늘자 전력 소모를 최소화하는 방향으로 발전을 계속 이어가고 있다. 이처럼 전기차도 주행거리나 출력 속도의 한계를 뛰어넘는 것보다는 사용자의 운전 환경에 따라 적합한 배터리 시스템을 도입하는 것이 중요해질 것으로 보인다. 나와 테크놀러지스가 에너지 재사용 효율을 높여 도심 환경에 적합한 오토바이를 선보였듯, 전동 모빌리티에 대한 새로운 맞춤형 시스템의 등장이 기대된다.


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