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전기버스의 핵(核) ‘배터리’ 무엇이 어떻게 다른가국내 진출 전기버스 배터리 3종 비교
‘리튬이온전지’ 뿌리 같지만 차이점 뚜렷
국산 폴리머, 중국산 인산철·티타늄 대세
충전시간, 수명, 가격, 전압 등 특성 갈려

 

왼쪽부터 현대차 일렉시티(리튬폴리머), BYD eBus-12(리튬인산철), 하이거 하이퍼스(리튬티타늄). 각기 다른 배터리가 차량의 매력요소를 다양하게 만들고 있다.

리튬폴리머, 리튬인산철, 리튬티타늄…. 전기버스에 대한 관심이 높아지고 있지만 핵심 부품인 배터리는 여전히 생소하기만 하다. 유사한 명칭 탓에 쉽사리 구별하기 어렵지만 다른 특징을 가지고 있다.

전기버스 배터리를 비교하기에 앞서 배터리에 대한 기본 상식을 짚고 넘어가야 할 필요가 있다.

배터리는 크게 1차 전지와 2차 전지로 나뉜다. 1차 전지는 건전지처럼 한 번만 사용하고 버리는 배터리, 2차 전지는 충전하면 다시 사용할 수 있는 배터리를 말한다.

2차 전지는 사용 물질에 따라 다시 여러 갈래로 분류된다. 납을 사용해 만든 ‘납축전지’, 니켈과 카드뮴을 사용해 만든 ‘니카드전지’, 리튬을 이용해 만든 ‘리튬이온전지’ 등이 대표적이다.

그 중 전기버스 배터리로 주로 쓰이는 것은 ‘리튬이온전지(Lithum-ion Ba ttery)’다. 동일 용량의 다른 배터리와 비교했을 때 수명이 길고 높은 출력을 발휘할 수 있어서다.

또 배터리를 완전히 방전시키지 않은 채 충전할 경우 배터리용량이 줄어드는 현상인 ‘메모리 효과(Memory E ffect)’가 발생하지 않는 점, 폐기 시 환경오염 문제가 없다는 점 등으로 각광받고 있다.

이런 리튬이온전지는 양(+)극에 사용하는 물질, 전해질의 상태 등에 따라 또 한 번 나뉘는데 이때 분류되는 형태가 제원표에 표기되는 ‘배터리 형식’이다. 대부분 전기버스 배터리가 ‘리튬○○○’와 같은 명칭으로 표기되는 이유다.

대세를 따른다. ‘리튬폴리머’
다양한 리튬이온전지 가운데 국내 전기버스에 가장 많이 장착된 배터리 형식은 ‘리튬폴리머배터리(Lithium Poly mer Battery)’다.

현대차 ‘일렉시티’, 에디슨모터스 ‘e-FIBIRD’, 자일대우 ‘BS110-EV’ 등 국산 전기버스와 김포시에 보급됐던 중국산 전기버스 에빅 ‘엔비온(Envyon)’ 등 대부분 차량이 리튬폴리머 배터리를 사용하고 있다.

리튬폴리머배터리는 액체 형태의 전해질 대신 고체 성분인 폴리머 전해질을 사용한 배터리로 리튬이온전지의 단점인 폭발 위험성을 대폭 줄인 것이 특징이다.

아울러 용도에 따라 사이즈나 용량을 바꾸기가 쉬워 다양한 형태로 제작할 수 있고, 제조공정도 비교적 간단해 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.

전기버스 업계 한 관계자는 “리튬폴리머배터리는 배터리 형태를 차체에 맞춰 주문 제작할 수 있고 무게가 가벼워 연비효율이 좋다. 또 에너지 밀도가 높고 자연방전 현상도 거의 없어 안정적인출력으로 모터를 구동할 수 있는 것이 장점”이라며, “비교적 추위와 더위에도 강해 전기버스 뿐만 아니라 다양한 산업군에서 사용되는 추세”라고 설명했다.

다만, 액체 형태의 전해질을 사용하는 일반 리튬이온전지보다 가격이 비싸고, 약 500회 정도 충·방전 시 배터리 성능이 급격하게 저하되는 점은 해결과제라는 지적이다.

안전성·가격 초점 맞춘 ‘리튬인산철’
‘리튬인산철배터리(Lithum Iron Pho sphate Battery)’는 중국 현지 배터리 제조사들이 대부분 생산하고 있는 형태로 중국산 BYD 전기버스에 탑재된다.

특징으로는 리튬이온전지 양(+)극에 쉽게 구할 수 있는 ‘철’을 사용해 가격이 비교적 저렴하고, 폭발 위험성이 없다는 점을 꼽을 수 있다.

리튬인산철배터리는 외부 충격이나 과충전 등으로 인한 손상 시 그대로 녹아내려 폭발 및 화재 위험이 없다. 잠재적인 폭발 위험이 존재하는 리튬폴리머배터리에 비해 안정성을 지닌 셈이다. 아울러 저렴한 가격에도 불구하고 우수한 안전성과 긴 수명, 친환경적인 면모를 고루 갖췄다는 평가를 받고 있다.

특히, 약 1,000회 수준까지 성능이 보장되는 충·방전 능력의 경우 기존 리튬이온, 니켈 계열 배터리보다 최대 3배 이상 긴 수명을 자랑한다.

단점으로는 국내 출시된 전기버스 배터리들에 비해 전압과 에너지밀도가 낮은 점, 부피가 크고 무거워 연비가 떨어진다는 점, 추위에 약해 한파 시 작동이 어렵다는 점 등이 꼽힌다.

한편, 배터리 업계 한 관계자에 따르면 리튬인산철 배터리를 중점 개발하던 BYD가 최근 리튬이온배터리 개발에도 속도를 내고 있는 것으로 확인됐다.

리튬인산철 배터리를 만들던 BYD의 노하우와 리튬이온배터리의 장점이 녹아든 전기버스 모델이 출시될지 귀추가 주목된다.

급속충전 효율 끝판왕. ‘리튬티타늄’
‘LTO’로 더 자주 불리는 ‘리튬티타늄화합물배터리(Lithium Titanate Bat tery)’는 압도적으로 짧은 충전시간을 자랑하는 것이 특징이다.

국내에서는 지난 겨울 평창올림픽 셔틀버스로 운영됐던 중국산 전기버스 포톤 ‘그린어스(GreenEarth)’와 올초 창원에 도입된 중국산 전기버스 하이거 ‘하이퍼스(Hypers)’ 등에 장착됐다.

리튬티타늄배터리의 특징은 짧은 충전 시간, 긴 수명, 온도에 상관없는 안정적인 구동능력 등이 대표적이다.

충전 시간의 경우 리튬이온폴리머, 리튬인산철 등 다른 배터리를 장착한 경쟁 모델보다 최대 4배 빠르고, 수명은 가장 길다. 또 영하 30도 이하에서도 성능 저하 없이 안정적인 구동이 가능해 시내버스로의 장점을 두루 갖췄다.

그러나 비싼 가격과 무거운 무게가 발목을 잡는다. 리튬티타늄배터리 가격은 일반 리튬이온전지보다 30% 가량 비싸고, 무게는 20% 가량 더 나간다. 또 에너지 밀도와 전압이 낮아 주행거리와 충전주기가 비교적 짧다는 점도 개선해야 할 사항으로 거론된다.

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