전기차 건전지 부문의 충전 기술이 획기적 약진 덕분으로 근 시일내에 전기 구동 페리선(船)과 육지 차량을 무선으로 충전할 수 있게 될 전망이다.

파리기후변화협정에 따른 2030년과 2050년 단계적 탈탄소 전략에 따른 목표치 달성 이행의 일환으로써 대기 공해를 유발하는 디젤 연료 구동식 선박의 운행 철수를 앞당기는 등 유럽 내 교통 체제의 에너지 이행 노력에 기여할 것으로 기대된다.

최근 스웨덴 제2의 도시인 예테보리(Göteborg) 소재 찰메르스 기술 대학(Chalmers University of Technology) 전력공학부의 한 연구팀은 전기 구동식 차량이나 단거리 내륙운항용 페리선 탑재 전지를 유도 충전(inductive charging) 전력 이동 방식으로 무선 충전할 수 있는 시스템을 항구나 페리선 정박소에 곧 투입∙설치할 것이라고 발표했다.

이번 도시형 전기 버스나 선박용 고성능 무선 재충전 기술 개발에 성공한 찰메르스 기술 대학 연구진에 따르면, 버스 휴차 중 또는 페리선의 탑승객 승하차 시 틈을 이용해 하루 1회 30~40분 충전으로 종일 운행 영업을 할 수 있다.

충전은 거치대에 설비된 완전 자동화 시스템으로 별도의 인간이나 로봇의 일손 없이 작동 가능하고, 날씨나 비바람 등 외부 기후 변화와 상관없이 한 번 생성된 태양열 전력은 18년 동안 거의 무방전 저장된다.

무선 ‘유도 충전’ 방식이란?

‘유도 충전’은 오늘날 일반 소비자들에게 ‘무선 충전’으로 널리 알려져 있는 배터리 충전 방식이다.

예컨대, 전동 칫솔이나 스마트폰 및 스마트 워치 등 소형 디바이스를 전자기 유도된 거치대에 붙이면 전기가 통하며 충전되는 원리다. 기기의 단자와 전원 사이 충전 어댑터가 연결된 케이블을 기기에 꼽지 않기 때문에 무선이라 불린다.

유도 충전 방식은 전류가 일체의 접촉이나 전도체의 매개 없이 대기와 수중 그리고 기타 비금속성 소재 간 짧은 거리에서 전달되는 원리를 활용한다. 

최근 각 가정 주방에서 인기리에 설치되는 인덕션 렌인지는 금속성 생코일로 고주파 전류를 발생시켜 조리용기 바닥과 전지 사이 생성되는 저항을 열로 전환시켜 가열시키는 전자기유도 원리를 응용한 것이다.

현대인들의 욕실용 위생 가전으로 자리 잡은 전동 칫솔도 일체의 물리적 접촉 없이 충전대 코일 속 자기장 변동과 전동 칫솔 속 코일 사이 충돌로 발생하는 전류를 저장해 배터리를 충전시키는 원리를 응용한다.

가전→산업용, 무선 유도 충전 방식 잠재적 활용도 넓어

이번 스웨덴 연구진이 개발한 고성능 자기장 고주파 작동이 가능한 이른바 SiC 부품은 최근 급약진한 소재 기술의 산물이다.

기존의 가전용 및 전기차용 무선 충전 시스템은 인덕션 렌지 수준인 20 킬로헤르츠 대 주파에 불과했으나, 연구진은 굵기 70~100 마이크론(사람의 머리카락 굵기와 유사) 일명 ‘리츠 와이어’로 불리는 밧줄형 구리 전선 코일을 도입해 방전 효과를 높였다.

이 고주파∙고효율 신기술 구리 전선은 지난 한두 해 전부터 시중 상용화됐으며, 조만간 도심 운행용 전기 버스나 전기 페리 유람선 외에도 급속히 무인 자동화 추세에 있는 제조업, 광산채굴, 농업 부문에서 대체 기기 무선 충전 방식으로 응용될 것으로 전망된다.

그러나 기존 유선 충전 방식을 완전히 대체해 나가기까지 아직 더 많은 연구와 시일이 소요될 것이라고 연구진은 덧붙인다. 

소비자용 전기차 배터리는 아직도 잦은 충전과 긴 충전 시간을 요한다는 기술적 단점이 있으나, 탈탄소 시대 이행기를 단축시킬 수 있는 에너지 대안이 될 수 있다는 점에서 에너지 연구학계가 주목하고 있다.