[에너지톡톡] BoT 시대의 필수품…작지만 강한 소형배터리

[헤럴드경제 정순식 기자] 스마트폰, 노트북, 청소기, 드론, 킥보드, 자전거, 전동공구, 자동차 이 중에서 배터리가 사용되는 제품은 어떤 것일까요?

정답은 바로 ‘전부 다’ 입니다. 우리들이 휴대하며 사용하는 전자 제품들에는 필연적으로 배터리가 탑재되어 기기들에 생명을 불어넣고 있지요.

이러한 제품들에는 어떤 배터리가 들어갈까요? 대부분의 제품에는 충전이 가능해 여러 번 재사용이 가능한 2차 전지가 널리 사용되고 있는데, 그 중에서도 최근 가장 많이 사용되고 있는 것은 바로리튬이온배터리랍니다. 리튬이온배터리는 크기와 용량에 따라 소형, 중형, 대형으로 구분할 수 있습니다.

리튬이온배터리 등장

충·방전이 가능한 2차 전지는 19세기 프랑스의 물리학자 가스통 플랑테(Gaston Plante)에 의해 개발된 ‘플랑테 전지(납축전지)’가 그 시초인데요.

납축전지의 경우, 저렴한 소재인 납을 사용해 가격이 싸 오늘날까지 자동차, 조명, 지게차 등에 널리 사용되고 있는데요. 무겁고, 전해질인 황산을 보충해야 하는 문제가 있었습니다.

이러한 문제들을 보완하기 위해 다양한 2차 전지들이 개발되었는데요. 그 중 광범위하게 활용된 배터리는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리가 소형화 가능성을 보여줬지만 비싼 가격과 독성으로 인한 환경오염, 메모리 효과(배터리를 완전히 방전시키지 않고 충전하는 경우 배터리의 용량이 줄어드는 현상) 등의 문제를 야기시켜 점차 시장에서 퇴출되었고 새롭게 리튬이온배터리가 부상하게 되었습니다.

사람들은 휴대성과 함께 높은 사용 시간을 희망했는데 리튬이온배터리는 기존 2차전지 제품과 비교했을 때 가볍고 부피는 작지만 에너지 밀도는 높고 친환경적이라 소비자들의 니즈를 만족시키기에 충분했기 떄문입니다.

소형 리튬이온배터리(이하 소형 배터리)는 외관의 형태에 따라 원통형, 각형, 파우치로 구분되고, 전동공구, 스마트폰, 노트북 등에 주로 채용되고 있으며, 최근에는 전기자전거, 전기자동차 등으로 적용 분야를 확대해 나가고 있습니다.

어플리케이션 다양화로 성장하는 소형 배터리 시장

소형 배터리는 2000년대 휴대폰 및 노트북 등 IT기기의 폭발적인 성장세를 바탕으로, 시장을 키워왔는데요. 특히 각형 배터리는 노키아, 삼성전자 등 휴대폰에 탑재되며 소형 배터리내에서 50% 이상의 비중을 차지하고 노트북에는 원통형 배터리가 주요 사용되었습니다.

이러한 소형 배터리는 노트북의 슬림화, 스마트폰 고성장, 태블릿 등장으로 원통형, 각형, 파우치 배터리 3형제 위상에 조금씩 변화가 생겼는데요. 노트북에 주로 채용된 원통형 배터리는 2011년 정점으로 감소하고, 소형 배터리 성장을 이끌던 각형 배터리는 슬림한 디자인 추구, 방수기능 강화 등의 소비자 니즈에 따라 파우치 배터리로 전환되며 그 시장이 급격히 축소되었습니다. 파우치 배터리는 스마트폰과 태블릿의 시장 확대 때문에 소폭 성장은 했지만, 소형 배터리 시장 전체적으로는 정체기였습니다.

주춤하고 있던 소형 배터리는 원통형 배터리를 통해 다시 부흥을 맞게 됩니다. 미주 중심의 건설 경기 호황으로 인한 무선 전동공구 시장의 고성장, 전기자전거, 골프카트, 전기차 같은 새로운 어플리케이션이 시장에 등장했기 때문입니다.

특히 많은 용량이 필요한 전기차, 골프카트 등 대형 어플리케이션에 원통형 배터리가 탑재되면서 원통형 배터리의 수요는 급격하게 증가했는데요. 기존 노트북이나 전동공구에 3~6개 정도 들어가던 원통형 배터리가 전기차에는 한 대에 수백개에서 수천개까지 탑재되고 있습니다..

스마트폰, 노트북 등에서도 파우치 배터리 채택이 증가하고, 무선 이어폰 같은 웨어러블 기기 시장도 본 궤도에 오르며 소형 배터리는 2019년 89억개로 전년비 10% 성장 했습니다.

‘BoT(Battery of Things : 사물배터리) 시대’라는 말 들어보셨나요? BoT 시대란 IT기기와 운송수단 등 사람이 활용하는 모든 사물에 배터리가 동력원으로 활용되고, 배터리가 미래 에너지 산업의 핵심이 되는 것을 의미합니다. 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 IoT 시대를 맞아 무엇보다 중요한 것이 바로 배터리라고 할 수 있습니다.

최근에 근거리 주행이 가능한 소형 이동수단인 전동 킥보드나 전기자전거 등을 타고다니는 사람들을 거리에서 쉽게 만나볼 수 있는데요. ‘마이크로 모빌리티’라 불리는 이러한 이동수단은 간편한 사용법, 친환경성, 주차 문제 해결 등의 장점을 바탕으로 교통 문제 해결의 새로운 대안으로 떠오르고 있는데죠. 이러한 제품들에는 원통형 배터리가 주로 탑재되고 있습니다.

이 뿐만 아니라, 벽을 뚫는 전동공구, 정원을 손질하는 정원공구, 청소기 같은 소형 가전제품들도 사용 편의와 휴대성이 강화된 ‘코드리스’ 제품들이 대거 출시되며 원통형 배터리 시장은 더욱 확대될 전망입니다.

또한 파우치형 배터리는 스마트폰, 노트북에 더욱 확대될 것으로 예상되는 가운데, 웨어러블 기기 시장의 성장도 파우치 배터리의 성장세를 유지할 것으로 보입니다.