1. 전기자동차의 정의 및 장단점
1) 전기자동차의 정의
전기자동차[EV(Electric Vehicle)]는 친환경 자동차의 한 종류로서, 화석 연료인 가솔린과 디젤을 사용하는 내연기관과는 달리 배터리와 전기모터 만을 사용하여 차체를 구동시키는 자동차를 말한다. 하지만 친환경 자동 차 중에서도 하이브리드자동차, 플러그인 하이브리드자동차 등은 배터리 와 모터 이외에도 내연기관 및 다른 동력시스템을 같이 사용한다.
2) 장단점
전기자동차는 화석연료를 쓰지 않기 때문에 화석연료사용으로 인하여 발생되는 이산화탄소 및 배기가스로 인한 지구온난화와 환경오염을 줄일 수 있고 가솔린에 비해 훨씬 저렴한 전기를 이용하기 때문에 주행에 따른 연료의 비용이 내연기관에 비해 많이 절감되며, 내연기관자동차에 꼭 있어야 하는 부품인 엔진, 변속기, 연료 공급장치, 배기장치 등이 들어가지 않아, 엔진과 변속기에 들어가는 엔진오일 및 여러 가지 오일필터 등 소모품의 주기적인 교환이 필요 없게 되어 자동차 유지비가 현저히 절감된다.
또한 성능 면에서도 전기모터 구동방식이 내연기관에 비해 저속에서의 출력성능이 우수하고, 내연기관 효율은 30%인 것에 비해 전기모터의 효율은 90% 내외로 효율이 높으며 내연기관 특유의 소음 및 엔진진동이 거의 없는 편이다. 하지만 1회충전시 완충에 걸리는 시간이 기존 내연기관의 주유시간에 비해 극심하게 느리고 충전거리가 매우 짧아 충전소가 없는 장거리 주행 은 사실상 불가능하기 때문에 시내 또는 도시인의 출퇴근용도 이외에는 사용할 수 없다.
2. 전기자동차의 핵심 부품
1) 전기자동차용 배터리(Bettery)
축전지 또는 2차전지로 불려지는 배터리는 전기화학반응을 이용해 지속적으로 충전과 방전을 가능하게 하는 반영구적인 전기저장소이며 미래에 전기자동차의 대중화시기에 큰 역할을 하게 될 핵심부품이다.
이차전지의 구조를 흔히 전지셀이라고 하는데 전지셀은 집전체라는 극판상에 양극활물질 또는 음극활물질이 도포된 양극과 음극 사이에 분리막이 삽입된 것을 말하며 이차전지는 전지셀에 전해액을 주입하여 사용되고 있다. 리튬이온전지에서의 분리막은 전자전도를 차단하고, 리튬 이온을 전도할 수 있는 분리막으로 구성되며, 전극과 분리막재료의 void 에는 리튬이온전도를 위한 리튬염 함유 유기전해액이 함침 되어 있다.
초창기에는 납전극으로 축전지를 만들어 사용했으며 무게에 비해 에너지밀도가 낮아 잘 쓰지 않았지만, 기술개발로 인해 에너지밀도가 상당히 많이 개선되어 자동차의 전장품을 구동시키는 분야에 따로 사용되고 있다.
현재는 전기차용 배터리로 리튬이온배터리가 가장 넓게 쓰이고 있으며, 과거 도요타 프리우스 차량에 니켈수소전지가 장착되었으나 축전용량 등 성능적 한계로 인해 모두 리튬이온 배터리로 대체되었다.
리튬이온 배터리는 코발트를 주요 원재료로 사용하며 양극, 분리막, 음극, 전해액으로 구성되어있고, 외부전원을 이용해 충전하는 고체또는 젤 상태의 폴리머를 전해질로 사용하는 전지로서 효율이 아주 좋지만 전해액이 누수되어 공기중에 노출되면 폭발할 수 있기 때문에 일반소비자들에게는 보호회로시스템이 장착된 것만 판매하고 있다.
전기자동차는 모두 고성능의 리튬이온 배터리가 장착되어 있으며, 대부분 기존의 내연기관 자동차의 연료탱크가 있던 자리에 장착되어 있다. 전기자동차용 배터리는 셀, 모듈, 배터리관리시스템(BMS), 냉각장치로 구성되어 있으며 배터리 셀을 결합하여 모듈을 만들고 모듈에 배터리관리시스템(BMS) 및 냉각장치를 모두 결합해 배터리팩을 완성하여 전기자동차에 장착후 핵심 구동으로 사용되고 있다.
리튬이온배터리와 비교했을 때 비슷한 효율로 높은 성능을 보일 수 있 는 리튬황, 공기아연, 리튬공기 배터리 등이 개발되고 있지만, 현재로서는 리튬이온배터리에 대한 기술개발이 주도적이기 때문에 최적의 솔루션으로 자리잡고 있는 추세이다.
전기자동차용 배터리는 자동차를 구동시키는 중요한 용품으로서 전장품(와이퍼, 오디오, 등화류)와는 달리 에너지와 출력의 밀도가 매우 높은 고 용량을 필요로 하며 특성상 최소 kg당 150wh의 에너지밀도를 가져야 하 고 5~7년 또는 주행거리 25만km 이상의 수명을 가져야 하며 충 방전 횟 수도 3천회 이상 되어야만 전기자동차에 장착되어 구동을 할 수 있다.
또한 연료전지를 사용함에 있어 필요요건은 우선적으로 에너지를 공급하는 성능이며, 용량과 안정성과 비용적인 측면까지 소비자의 수준에 만족 해야한다. 특히 널리 쓰이고 있는 리튬이온전지는 폭발의 위험성이 있기 때문에 더욱더 안전성에 유의해야 한다.
배터리는 내부에 어떤 재료가 사용되는지에 따라 다양한 제품으로 시장 에 나와 있지만, 현재는 가장 효율적이며 적합한 리튬이온 배터리가 파우치형과 캔형으로 나누어져 전기자동차에 상용화 되고 있다.
2015년 기준 리튬이차전지의 시장점유율은 삼성SDI 와 LG화학이 세계 1,2위를 차지하고 있으며, 전기자동차 및 에너지저장 분야에서도 경쟁력을 확보하고 있다.
제일 의존도가 높았던 소재분야도 양극재는 엘엔에프, 에코프로, 분리막 은, SK이노베이션 등 국산화가 상당부분 이루어졌으며, 경쟁력도 높아지고 있다. 하지만, 음극제 등 일부 소재의 국산 채택률은 여전히 낮은 상황 이어서 전기자동차용 국산 리튬이차전지에 대한 배터리로 우리 기업들이 어려움을 겪고 있다.
국가별 소재시장 점유율을 살펴보면 양극재 및 분리막 합성기술에서는 일본이 여전히 세계 최고로 평가받고 있으나, 저렴한 가격이 장점인 천연 흑연이 음극제 소재로 널리 사용됨에 따라 천연 흑연이 풍부한 중국이 현재 최대의 음극재 공급처로 급부상 하고 있다. 그에 비해 우리나라의 소 재분야 시장 점유율은 양극재 8.7%, 음극재 3.4%, 분리막 17.4%, 전해액 11.7%에 불과한 실정이다.
비용적인 측면에서도 한때 하락세를 보이다가 다시 상승곡선을 그리고 있다. 최근 리튬이온전지의 주재료인 코발트의 가격이 급등하면서 전지가 격에도 큰 영향을 미치고 있기 때문이다.
코발트의 가격은 2년 사이에 3배 가까이 증가하며, 지난 수년간 kg당 30달러는 넘지 않았던 가격선이 지난해 kg당 85달러까지 치솟으면서 250%나 오른 원재료 가격으로 인해 전지의 가격상승폭이 업체마다 다르겠지만 약 15~20%이상 인상되기 시작했다.
국내 리튬이온전지산업은 전기차 뿐만 아니라 다양한 응용분야의 핵심 기술로 자리매김할 것이기 때문에 미래에 가격상승폭은 더욱 올라갈 것이고 상승폭에 맞춰 소비자에게 부담스럽지 않은 가격으로 전지가 필요한 제품을 제작해야 하며, 수요가 폭발적으로 증가하기 전에 경쟁력 확보를 위한 내수시장 기반마련이 필요하다.
