전 세계적으로 환경보호에 대한 이슈가 대두되며 ‘전기자동차’가 차세대 이동 수단으로 부상하고 있습니다.
화석연료의 연소를 통해 에너지를 얻는 내연기관 자동차와 달리, 전기 자동차는 배터리에 축적된 전기로 구동 에너지를
얻어 배기가스가 발생하지 않기 때문인데요. 오늘은 전기차를 움직이는 심장, 전기차 배터리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. 전기차 배터리
전기차 도입에 따라 전기차 배터리 시장도 급격한 성장세를 보이고 있습니다.
시장조사업체 SNE리서치에 따르면 2023년, 전기차 배터리에 대한 수요는 공급을 뛰어넘을 것으로 예상됩니다.
배터리의 설계와 성능이 전기차의 주행 거리부터 출력, 안전, 자동차 내부 공간 활용 등 많은 것을 결정하기에, 배터리는 전기차 부품 중 가장 중요한 요소입니다. 전기차 생산 비용 중 배터리가 약 30%를 차지하는 점만 봐도 알 수 있습니다.
전기차 배터리는 화학전지 중 충전 후 재사용이 가능한 ‘2차전지’에 속하며 전기차에 사용하는 가장 보편적인 배터리는 리튬이온배터리와 리튬폴리머배터리입니다.

*리튬이온배터리 : 액체 상태의 전해액 사용, 이온 전달률이 높아 안정적이고 빠른 전력 공급, 전해액의 누수와 폭발 위험성 있음.
*리튬폴리머배터리 : 고체 혹은 젤 타입의 고분자 전해질 사용, 용량에 제한이 없고 다양한 형태 제작 가능, 누수 위험은 없으나 충격에 약하며 리튬이온 대비 출력이 약함, 폭발 가능성 있음
위의 두 배터리는 현재 많은 완성차 업체들이 전기차에 사용하는 배터리이지만, 안정성 및 효율성 등의 문제로 전고체, 리튬메탈, 리튬황 배터리 또한 주목을 받고 있습니다.

2. 전기차 배터리의 구조
전기차 배터리는 종류에 따라 구성이 조금씩 다르지만 일반적으론 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성됩니다. 약 12~48개의 셀이 모여 모듈을 이루고, 약 8~40개의 모듈이 모여 하나의 팩을 구성합니다. 최종적으로 팩의 형태로 전기차에 장착됩니다.
*셀 : 전기 자동차 배터리의 기본단위로, 제한된 공간과 동일한 부피에서 많은 용량을 지닌 고 에너지밀도의 셀 개발.
*모듈 : 셀을 충격과 열 등의 자극으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 것, 하나의 모듈에 더 많은 셀을 담을 수 있도록 설계 및 구성.
*팩 : 여러 개의 모듈을 모은 후 배터리 관리 시스템(온도, 전압 등을 관리)과 냉각장치 등을 추가한 것, 배터리 내 공간 효율성 높여 최종적으로 배터리가 차지하는 면적을 줄이기 위한 설계 및 디자인

3. 전기차 배터리의 유형
전기차 배터리의 유형은 형태에 따라 크게 파우치형, 각형, 원통형으로 분류됩니다.각 유형에 따라 장단점이 있으며 완성차 업체마다 선호하는 배터리가 다릅니다.
시장조사업체 SNE리서치에 따르면 지난해 기준으로 각형 49.2%, 파우치형 27.8%, 원통형 23%의 점유율을 보이고 있습니다.
‘각형 배터리’는 소재를 접어 여러 개 쌓은 후 네모난 알루미늄 케이스에 담아 공급합니다. 외부 충격에 강하고 안전성이 높다는 장점을 가지고 있지만 금속 케이스로 인해 무겁고 열 방출이 어려워 추가적으로 냉각 장치를 달아야 합니다.
‘파우치형 배터리’는 소재를 빈틈 없이 쌓아 필름 주머니에 담는 형태로, 공간 효율이 우수하고 높은 에너지밀도를 가지고 있습니다. 또한 알루미늄 케이스에 형태를 맞춰야 할 필요가 없어 다양한 크기와 모양으로도 제작이 가능합니다. 그러나, 외관이 단단하지 않아 외부 충격에 약하고 내부에 빈 공간이 적어 열 관리가 어렵습니다.
'원통형 배터리'는 소재를 젤리롤 형식으로 말아 금속 케이스에 투입합니다. 세 유형의 배터리 중 가장 저렴하고 표준화된 규격으로 대량생산이 가능합니다. 부피당 에너지밀도가 높지만 대형 사이즈로 만들기 어려워 형태 특성상 공간 활용도가 낮고 무겁다는 단점이 있습니다.

4. 전기차 배터리, 앞으로 풀어야 할 숙제
전기차 도입은 더 나은 미래를 향한 좋은 발판이지만, 문제는 급증하는 폐배터리 발생량입니다.
환경부에서 발표한 자료에 따르면 2020년부터 10년간 전기차 폐배터리 누적 발생량은 약 42만 4,477개에 달할 것으로 예상됩니다.
전기차 배터리를 그대로 폐기하면 안전 문제는 물론 큰 환경 오염을 야기할 수 있습니다. 배터리는 리튬, 코발트, 니켈 등 화학 물질을 포함하고 있고 제대로 분리되지 않을 경우엔 폭발 가능성도 높기 때문입니다. 국내에선 그동안 보조금을 지원받아 구매한 전기차의 경우, 폐배터리를 지자체에 반납해야 했습니다. 하지만 올해부터 이러한 반납의무 규정이 폐지되며 폐배터리 재사용, 재활용은 미래 유망사업이자 신성장 동력으로 급부상하고 있습니다.
세계 각국도 배터리를 분해해 핵심원료를 추출하는 재활용은 물론, 상태에 따라 용도를 변경하는 재사용 기술을 개발하고 있습니다. 또한 국가와 기업 간의 협력을 통해 폐배터리 재활용 생태계 구축에 나서고 있습니다.
폐배터리 재사용/재활용 기술은 전기차에 비하여 아직은 초기 개발 단계에 불과합니다. 하지만 전기차 도입이 곧바로 친환경으로 이어지지 않는다는 점을 인지하고, ‘폐배터리’가 ‘저탄소 시대를 위한 전기차 플랜’의 오점이 되지 않도록 꾸준한 연구개발과 규정이 마련되어야 합니다.