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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 무선충전 기술의 미래

기사입력 : 2017년10월10일 09:07

최종수정 : 2017년10월10일 09:07

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무선충전기술 개발하면서 반대 의견에 큰 애로
고정관념 버려야 '진보와 혁신' 가능

무선충전기술, 대형 버스도 움직인다

필자는 무선충전 기술을 7년전부터 개발해 오고 있다. 전기 버스의 배터리 용량을 최소화하기 위해 전기 버스가 달리면서 도로 바닥으로부터 선 연결 없이 무선으로 전력 에너지를 받는 OLEV(On Line Electric Vehicle) 무선 충전 시스템을 개발했다. 이 기술이 소개된 이후 무선충전 기술은 스마트폰 무선충전, 승용차 무선충전, 골프 카트 무선충전, 스마트 손목 시계 무선 충전, 그리고 고속 전철 무선충전 기술 등으로 을 꾸준히 확대되고 있으며, 일부는 제품에 적용되고 있다.

OLEV 시스템을 개발하면서 고생한 기억도 많다. 일반적으로 전기 버스를 개발하려면 약 1톤 (1000㎏) 이상의 배터리가 버스 위에 설치되고 그 배터리 가격도 1억원이 넘는다. 보통 전기버스 지붕에 배터리가 들어가는데, 대량의 배터리 공간을 확보하기 위해 전기 버스 지붕 부분이 불룩하게 설계한다. 그래서 전기 버스는 예쁘지가 않고 버스 윗부분이 불룩하다. 보통 배터리 운행시간이 4시간 이상이 되려면 더 많은 양의 배터리가 설치돼야 한다.

세종시에서 운행되고 있는 무선충전 전기버스 '올레브'. 배터리 설치를 위해 버스 윗부분의 블룩하게 설계됐다.

특히 스마트폰, 스마트와치 등 모바일 기기 모두 배터리의 공간 점유, 가격, 무게 등이 설계에 큰 걸림돌이 된다. 전기 자동차가 1회 충전으로 운행하는 거리를 넓히기 위해선 더 많은 배터리가 필요하다. 차량 무게가 더 늘고 연비 효율도 떨어질 수밖에 없다. 

그러니 무선충전을 이용해서 배터리가 거의 없이 비상용으로 쓸 만큼만 설치되는 전기 자동차는 꿈의 전기차이고 바로 그것을 실현하는 시도가 바로 OLEV 버스다. 혁신적이고 창의적이면서, 다가올 4차 산업혁명에 가장 잘 맞는 핵심 기술 중에 하나다. 

고정관념은 진보의 걸림돌

OLEV 전기 버스를 개발할 때 전력회로와 자동차 전문가들의 강력한 반대에 부딪혔다. 외국에서도 시도해 보지 않은 검증되지 않은 기술이라는 이유 때문이었다. 또, 전력 전송 효율이 아주 낮아 실효성이 없다는 이유도 나왔다. 도로 바닥과 버스 바닥 사이에는 30㎝ 가량의 거리가 존재하는데 이런 이유로 전력 전달 효율이 매우 낮다는 주장이다. 우리 팀의 무선충전 효율 측정 결과를 보여도 믿지 않았다. 

국내 대부분의 전문가들은 고주파 자기장 공진(resonance) 현상을 이해하지 못했다. 하지만 우리 OLEV 팀은 고주파 자기장 회로에 캐패시터를 설치하고 공진을 발생시키면 강력한 전력을 전달할 수 있고, 특히 전력 전달이 최대가 된다는 사실을 알고 있었다. 이론과 컴퓨터 시뮬레이션, 그리고 측정으로 통해서 확인했다. 그렇지만 보통 발전기나 모터는 1㎜의 갭 거리도 허용하기 힘든데, 30㎝가 넘는 거리를 무선충전한다는 사실을 받아 들이기 어려웠을 것으로 본다.

내가 아는 것이 전부라는 생각 버려야

이처럼 새로운 창조적 발명을 내고, 실현시키는 데는 다양한 분야에 대한 통합적 사고가 필요하다. 그러기 위해선 1명의 우수한 기술자가 오랜 동안 다양한 분야에서 경험을 쌓거나, 또는 각각 다른 분야의 최고 전문가들이 지식과 경험을 진솔하게 소통할 수 있는 능력이 중요하다. 

무엇보다도 그 동안 자신이 경험한 세계가 한계일 수 있다는 사실을 수용해야 한다. 4차 산업혁명을 선도하기 위해선 먼저 자기 자신의 벽을 허물고 타인의 의견을 받아 들일 수 있는 용기와 관용의 자세가 있어야 한다. 그래야 창조적 리더(creative leader)가 될 수 있다.

4차 산업혁명 시대의 무선 통신은 인간에게 자유롭게 공간을 이동하면서도 연결을 가능하게 한 '이동의 자유'를 선물했다. 그러나 마지막 남은 배터리가 우리의 이동의 자유를 제한한다. 무선 통신에 전력이 필요하기 때문이다. 이러한 관점에서 무선충전 기술을 우리에게 마지막 자유를 하나 더 주기 위해 아주 중요하다. OLEV 를 개발할 때는 전력 회로, 전자기학, 반도체, 자성체 물질, 자동차 설계 전문가 등 다양한 전문가들이 협력해서 작업했다. 처음에는 특히 각 분야 전문가는 같은 현상에 대한 용어부터 달랐다. 하지만 시간이 지나서 많은 노력 끝에 서로 소통이 가능해졌고, 그 결과 다양한 무선충전 기술이 발전할 수 있었다. 곧 애플 스마트폰에도 무선충전 기술이 적용될 것으로 보인다.

사회에도 벽이 많다. 차별의 벽, 관념의 벽, 생각의 벽, 언어의 벽 등이다. 같은 공간 내에서도 벽을 느낀다. 3차 산업혁명에서 4차 산업혁명으로 이전하기 위해선 3차 산업에 대한 관념과 방식, 기존의 성공 방정식을 버려야 한다. 4차 산업혁명은 벽을 허물어야 가능하다. 그런데 그 무엇보다 가장 단단한 벽이 자기 자신이 내부에 세운, 자신도 모르는 벽이란 것을 사람들은 알까.

<김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수>

김정호 카이스트 교수.

 

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중국 전기차 주행거리 두배 증가 배터리 개발 [베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 중국이 에너지 밀도를 두 배 증가시킬 수 있는 전고체 배터리를 개발해 낸 것으로 나타났다. 중국 칭화(淸華)대학 화학공학과의 연구팀은 '음이온이 풍부한 용매화 구조 설계'를 개발해 냈으며, 이를 기반으로 불소 함유 폴리에테르 전해질을 성공적으로 만들어냈다고 중국 관찰자망이 30일 전했다. 해당 연구 성과는 논문 형식으로 국제 학술지인 네이처에 등재되었다. 연구진이 만들어낸 폴리에테르 전해질은 고체이며, 연구팀은 해당 전해질을 사용하여 전고체 배터리를 제작했다. 제작된 전고체 배터리는 604Wh/kg의 에너지 밀도를 기록했다. 이는 현재 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도가 150~320Wh/kg인 점을 감안하면 에너지 밀도가 두 배 이상 높아진 것이다. 동일한 무게의 배터리이지만 해당 전해질을 사용한 전고체 배터리는 두 배 이상의 전력을 충전할 수 있는 셈이다. 이론적으로 전기차의 1회 충전 주행 거리가 두 배 증가할 수 있게 된다. 현재 500km가량을 주행할 수 있는 전기차가 1000km를 주행할 수 있게 된다. 해당 전고체 배터리는 안전성 테스트도 통과하였다. 못을 박아도 화재와 폭발이 일어나지 않았다. 또한 120도의 높은 온도의 박스 안에 6시간 동안 방치되었지만, 연소나 폭발이 일어나지 않았다. 또한 500회 이상 충방전을 거치면서도 에너지 저장 용량은 안정적으로 유지되었다. 연구진이 만들어낸 전고체 배터리가 상용화된다면 많은 분야에서 활용이 가능해진다. 전기차의 주행 거리는 두 배 증가하며, 드론의 비행 거리도 두 배 증가하게 된다. ESS(에너지저장장치) 역시 부피당 저장 용량을 크게 끌어올리게 되며 ESS 소형화가 가능해진다. 칭화대 연구진이 개발한 전고체 전해질의 도식도 [사진=네이처 캡처] ys1744@newspim.com 2025-09-30 10:35
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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