관련 통계자료 다운로드 각종 마이크로 전지 장단점
휴대형 정보통신기기용 에너지원은 전자기기, 응용 프로그램, 사용자에 따라 필요한 동력과 에너지가 다르기 때문에 성공적인 기술로 확실히 떠오른 것은 아직 없다. 성공적인 기술은 PDA나 노트북PC, 휴대전화 등의 시장 보급률뿐 아니라 이들 기기의 성능 및 사용자의 에너지 밀도 또는 사용시간에 대한 요구에 따라 결정될 것이다.
PDA의 예를 들어보면 기업의 재고품 조사에 사용하는 PDA는 중간 정도의 에너지 밀도와 낮은 동력이 필요한 반면 외부 근무 직원이나 고객과의 거래를 관리하는 제품은 높은 에너지 밀도와 중간 정도의 동력을 필요로 한다. 개인사용자의 3세대 휴대전화와 PDA 복합제품은 에너지 밀도와 동력이 모두 중간 정도면 되고 일정표와 주소록 관리기능을 갖는 제품은 모두 낮은 에너지 밀도와 동력이 있으면 가능하다. 군대에서 위치측정시스템(GPS)을 사용하면서 3일간의 작전임무에 사용하는 제품은 중간 정도의 에너지 밀도와 강력한 동력을 필요로 하나 10일간의 특별 정찰임무를 수행하는 데 사용하는 제품에는 높은 에너지 밀도와 동력을 필요로 한다.
휴대형 정보통신기기용 에너지원 시장에서는 리튬이온 폴리머 2차전지, 첨단 변환기(transducer), 울트라커패시터(ultracapacitor), 마이크로 가스터빈 엔진, 금속-공기전지 등이 경쟁하고 있다. 이 중 첨단 변환기, 울트라커패시터, 마이크로 가스터빈 엔진은 상용화되려면 앞으로 오랜 시일이 걸리겠지만 기술개발이 계속 추진되고 있다. MIT대학 연구원들은 실리콘 마이크로 제조기술을 이용, 노트북PC를 포함한 휴대형 정보단말기의 마이크로 가스터빈 엔진을 개발하고 있고 미국과 영국 국방부는 첨단 변환기 개발사업을 추진하고 있다. SRI인터내셔널은 미국 국방부와 공동으로 유연성 있는 첨단 폴리머를 사용, 사람이 걸을 때 생기는 기계적 에너지를 전기로 변환할 수 있는 신발을 개발하고 있다. 이 신발을 개발하는 원래 목적은 무전기나 전동총과 같은 군장비 동력원으로 사용하기 위한 것이지만 일반 소비자용 제품에도 사용할 수 있을 것이다.
또 현재 마이크로 연료전지(Micro Fuel Cell)의 시제품이 상용화되려면 상용화 기술이 더 개발돼야 하는데 이 부문에 정부가 투자하면 시기를 앞당길 수 있을 것이다.
금속-공기 연료전지는 성능과 특성 등이 마이크로 연료전지에 가깝기 때문에 휴대형 정보통신기기에 적합할 것이다. 환경친화적인 금속-공기 연료전지는 즉시 재충전할 수 있고 마이크로 연료전지와 비슷한 과정으로 발전하고 있다. 최근 금속-공기 연료전지 개발업체들이 의욕적인 계획을 발표했다. 금속-공기 연료전지는 과거 여러 해 동안 특수분야에서 사용돼 왔는데 일부 전문가들은 이 전지가 알코올 연료전지나 양자교환막(PEM:Proton Exchange Membrane) 연료전지보다 먼저 상용화할 것으로 기대하고 있다.
이들 기술은 서로 경쟁관계보다는 보완적인 기능을 갖고 있다. 가령 휴대형 정보통신기기에는 마이크로 연료전지나 마이크로 발전기 또는 전지와 연계해 울트라커패시터를 사용할 수 있을 것이다. 또 특정 마이크로 동력기술은 특정 정보통신기기에 사용하는 데 장단점이 있을 뿐 아니라 특정 부류 소비자의 요구를 충족시키는 데도 장단점이 있다.
이처럼 기술의 장단점은 시장, 휴대형 정보통신기기 및 소비자 요구에 따라 다르게 나타난다. 예를 들면 모토로라는 지난 1월 휴대전화 충전기인 ‘프리 차지(Free Charge)’를 발표했다. 수작업으로 감게 돼있는 이 충전기는 항해자, 야영자, 낚시하는 사람 등과 같은 레저를 즐기는 소비자들을 대상으로 한 것이다. 또 일렉트로바야(Electrovaya)사는 노트북PC를 16시간 동안 계속 사용할 수 있는 전력을 공급하는 리튬이온 폴리머 전지를 개발하고 있다. 이 전지는 무게가 가볍고 디자인에 유연성이 있다.
미국 정부지원 연구기관인 어드밴스트테크놀로지프로그램(Advanced Technology Program)은 연료전지 외에 광기전성(光起電性)의 태양전지, 울트라커패시터, 첨단 전지, 속도조절바퀴(flywheel) 등의 개발을 지원하고 있다. 또 미국 국방부 첨단연구 프로젝트국(DARPA)은 지난 2001년 군사장비에 사용할 20W의 전력을 공급할 수 있는 기술개발 사업에 착수했다. 마이크로 연료전지를 대체 에너지원으로 검토하고 있는 유럽위원회(EC)는 경쟁기술을 정기적으로 평가하기로 결정했다.
휴대형 정보통신기기 업계도 태엽식 충전기, 광기전성 전지, 메탄올 연료전지, 변형 메탄올-수소 PEM 연료전지 등 새로운 형태의 마이크로 에너지원을 물색하고 있다. 프랑스 전자제품 업체인 사겜(Sagem)SA는 전자제품용 마이크로 연료전지를 개발하기 위해 직접 메탄올 연료전지(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)를 개발하고 있는 미국 메디스테크놀로지스(Medis Technologies)와 알루미늄-공기 연료전지를 개발하고 있는 트라이몰그룹(Trimol Group)에 투자한다고 발표했다.
이처럼 정부와 관련 산업계는 미래에 가장 적합한 휴대형 정보통신기기용 에너지원을 확보하기 위해 노력하고 있다. 특히 전자·정보통신 업계는 정부규제와 소비자의 호응도에 따라 거기에 적합한 마이크로 연료전지를 결정하려고 할 것이다.
◆각종 마이크로 전지의 장단점 비교
마이크로 전지에는 첨단 변환기(transducer), 리튬이온 폴리머 전지, 리튬이온전지, 금속-공기전지, 에탄올 사용 마이크로 연료전지, 수소 사용 마이크로 연료전지, 메탄올 사용 마이크로 연료전지, 마이크로터빈 엔진 등이 있는데 이들은 각기 장단점을 갖고 있다.
◇첨단 변환기=기계적 에너지를 전력으로 전환하는 기술로 현재 시제품이 개발된 상태다. 이 변환기가 장착된 신발(주로 군화)을 신고 걸으면 1∼3W의 전기를 발전할 수 있는데 이는 휴대전화, PDA, 무전기를 동시에 사용하기에 충분한 전력이다. 하지만 이 기술은 과학탐험이나 원거리 도보여행, 오락 목적 등 제한된 부문에서만 상업적으로 사용될 것으로 보인다.
◇리튬이온 폴리머 전지=얇은 박막 속에 겔 형태의 전해질을 넣은 것으로 무게가 가볍고 전해물질이 유출될 가능성이 거의 없다. 그러나 리튬이온 전지와 경쟁하려면 양산에 걸림돌이 되는 기술적인 문제를 해결해야 하며 출력이 약하다.
◇리튬이온 전지=생산기술이 발전을 거듭, 가격이 하락하고 있고 기억능력이 없어 재충전이 가능하나 금속 포장을 사용해야 하고 출력이 약하다는 문제가 있다.
◇금속-공기 전지=현재 휴대전화기용 아연-공기 연료전지가 시판되고 있고 에너지 밀도가 800Wh/㎏ 되는 알루미늄-공기 연료전지 시제품이 개발된 상태다. 이 연료전지는 그에 대한 규제장벽이 없다. 알루미늄 연료전지는 아연 연료전지보다 에너지 밀도가 높으나 마이크로 연료전지와 경쟁하려면 기술이 더 개발돼야 한다.
◇에탄올 사용 마이크로 연료전지(DAFC:Direct Alcohol Fuel Cell)=현재 규제대상은 아니지만 메탄올 사용 마이크로 연료전지보다 에너지 밀도가 낮다. 이에 비해 메탄올 사용 마이크로 연료전지(DMFC)는 소재를 구하기 쉽고 에너지 밀도가 높다. 하지만 현재 메탄올은 여객기에 가지고 탈 수 없도록 규제되고 있다.
◇수소 사용 마이크로 연료전지(PEM 연료전지)=알코올 사용 연료전지보다 에너지 밀도가 높고 고체 전해물질을 사용한다. 그러나 이 연료전지는 휴대형 가전제품에 채용하기에는 너무 크고 안전성 문제가 일어날 수 있다.
◇마이크로터빈 엔진=20W의 전기를 발전할 수 있는 것으로 알려져 있으며 처음에는 노트북PC의 전지충전기로 사용될 것으로 보인다. 하지만 아직 개발초기 단계에 있고 발화로 인한 안전성 문제가 있다.
◆연료전지에 대한 정부규제
현재 연료전지에 대한 관심이 높은 주요 이유는 사용하기에 안전하고 환경친화적일 것이라는 기대 때문이다. 또 자동차 배기가스를 비롯한 환경오염물질 배출에 대한 각국의 규제강화도 연료전지 개발의 촉진제가 됐다. 이런 추세에 따라 정부와 에너지 관련 산업계는 고정 장비용 연료전지의 개발에 힘을 기울여왔다. 하지만 이 분야 기술이 아직 떠오르는 단계에 있어 규약이나 표준을 포함한 여러 가지 규제기준이 아직 확립되지 않은 상태다.
지난 2001년 미국 에너지부에서 개최한 회의에서 전문가들이 규제기준에 포함시켜야 할 것으로 제안한 주요 사항에는 실험 프로토콜, 연료전지 소재의 운송문제, 실내방전 문제, 화재관련 규약, 마케팅 및 상표 표지 규정, 제품의 책임, 소비자교육 등이 포함돼 있다.
이 중에서 연료전지 업체들이 가장 큰 관심을 기울이는 규제사항은 휴대형 정보통신기기용 연료전지를 각종 교통수단, 특히 여객기를 통해 안전하고 적법하게 운송하는 방안을 모색하는 일이다. 현재 규정상 수소나 수산화 금속 또는 메탄올 연료전지를 탑재한 노트북PC나 기타 휴대형 정보통신기기를 가지고 여객기에 탈 수 없게 돼있기 때문이다. 미국 교통부와 유엔은 수소와 메탄올을 위험한 물질로 분류하고 있다. 하지만 제한적인 분량은 화물칸에 싣는 것이 허용되고 있다. 몇개 기관이 이의 허용을 추진하고 있고 여러 기업체들이 규제의 완화 운동을 벌이고 있다.
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