왜 리튬이온 자동차 시동 배터리가 널리 사용되지 않을까요?

따라서 자동차 배터리에 대해 이야기할 때, 우리는 오래된 내연기관 차량의 시동을 걸고 전력을 공급하는 데 중요한 역할을 하는 시동 배터리에 대해 말하고 있다는 점을 이해해야 합니다. 이러한 배터리는 전기차(EV)가 주행 거리와 동력을 확보하기 위해 사용하는 대형 구동용 배터리 외에 추가로 존재합니다. 리튬이온(Li-Ion) 기술은 다양한 용도로 점점 더 널리 사용되고 있지만, 자동차 시동 배터리 측면에서는 여전히 드문 편입니다. 본 기사에서는 이러한 현상의 배경을 기술적, 경제적, 물류적 측면에서 살펴보며, 리튬이온 배터리가 이 분야에서 보편적으로 채택되지 못한 이유를 분석합니다.

시동용 자동차 배터리는 어떤 역할을 하나요?

자동차에 사용되는 시동용 배터리는 엔진을 가동시키고 연소를 시작하기 위해 단시간 동안 강력한 전력을 공급하도록 설계되어 있습니다. 또한 영하의 혹한이나 뜨거운 여름철과 같은 다양한 환경 조건에서도 최상의 성능을 발휘해야 하며, 차량 전자장치와 조화를 이루며 작동해야 합니다. 장거리 주행을 위해 에너지 밀도를 중시하는 전기차(EV) 배터리와 달리 시동용 배터리는 전력 밀도와 고출력 사이클에서의 수명이라는 완전히 다른 요구 조건을 갖습니다. 이 점은 매우 중요하며, 향후 이러한 역할을 대체하려는 모든 경쟁 배터리 기술이 비교될 기준이 됩니다. 리튬이온 기술은 전반적으로 성숙해졌지만, 이러한 용도로 적용할 경우 아래 섹션에서 다룰 여러 가지 문제에 직면하게 됩니다.

기술적 및 성능 한계

리튬이온 배터리가 사용되며, 기존의 납축전지보다 에너지 밀도가 높고 무게가 가볍다. 그러나 많은 응용 분야에서는 이러한 장점들이 큰 의미를 갖지 못할 수 있다. 또 다른 문제는 고온 및 저온 환경에서의 성능이다. 추운 기후에서는 리튬이온 셀이 시동 전류(크랭킹 암페어)를 제한적으로만 제공하기 때문에 차량 시동에 충분하지 않을 수 있어 다소 까다로울 수 있다. 반면에 납축전지는 이런 조건에서도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 강점을 지닌다. 또한 위에서 언급한 리튬이온 배터리는 차량 내 충전장치로 충전될 경우, 과충전 방지를 위한 복잡한 전압 모니터링 장치 및/또는 과방전 억제 장치가 필요하다. 예를 들어 해당 차량이 훨씬 단순한 납축전지 감지 장치만 필요로 하는 경우이다. 리튬이온 배터리는 주의 깊게 모니터링하고 관리해야 하며, 그렇지 않으면 손상되거나 파손될 수 있어 추가적인 복잡성과 비용이 발생한다.

경제성 및 안전성 문제

리튬이온 시동용 배터리의 또 다른 문제는 가격입니다. 리튬이온 배터리는 수십 년간 개선과 규모의 경제를 통해 정착된 납산 배터리에 비해 생산 비용이 훨씬 더 높습니다. 그러나 그 가격에도 불구하고 납산 배터리조차 대부분의 최종 사용자와 제조사 입장에서는 겨우 충분한 수준입니다. 안전성 또한 중요한 요소입니다. 리튬이온 배터리는 배터리가 천공되거나, 과열되거나, 단락 회로가 발생할 경우 위험하거나 안전하지 않을 수 있습니다. 이러한 이유로 인해, 비록 완전히 안전하다고 볼 수는 없지만, 극한의(자동차용) 운용 조건에서 납산 배터리가 더 안전하고/더 안정적이라는 점이 하나의 이유가 됩니다. 이러한 요인들로 인해 리튬이온 배터리는 경제성과 보안 측면에서 대량 생산되는 시동용 배터리에 적합하지 않습니다.

납산 배터리의 보편성

자동차의 시동을 위한 주요 전원으로 납축전지가 100년 이상 사용되고 있는 데는 그만한 이유가 있다. 이 배터리는 매우 신뢰성이 높으며 방전 시 심각한 열화 없이 엔진 시동에 필요한 높은 전류를 공급할 수 있다. 더욱이 해당 기술은 이미 성숙 단계에 이르러 제조 및 재활용 공정이 정착되어 있어 대부분의 자재를 다시 순환시킬 수 있으며, 발표된 연구에 따르면 지속 가능하다고 평가된다. 또한 납축전지는 기존 차량 구조에 잘 맞으며 충전소나 전기 인프라와 같은 시스템 측면에서 큰 변경이 필요하지 않은 것으로 입증되고 있다. 게다가 다른 기술과 공장에 쉽게 통합할 수 있고 비용이 낮다는 점에서 명백한 선택지가 된다. 결론적으로, 기존의 납축전지 기술이 소비자에게 안심을 제공하는 상황에서, 시동용으로 리튬이온 배터리로 전환하더라도 자동차 산업이 얻을 수 있는 이점은 거의 없다.

향후 전망 및 산업 트렌드

시동 배터리의 경우 앞으로 모든 것이 달라질 수 있지만, 이러한 변화는 제한적일 것으로 예상된다. 리튬이온 화학 물질의 발전, 특히 다양한 형태의 인산철리튬 파생물에 대한 개선을 통해 안전성과 비용 경쟁력이 향상되면서 이러한 제약들이 점점 더 관리 가능한 수준으로 나아가고 있다. 그러나 업계 관계자들은 기술이 진화해야 하며 산업 관행과 소비자들이 이를 수용해야 한다고 말한다. 차량에 전자 장치 기능이 추가되고 하이브리드화로 전환됨에 따라 시동 배터리에 대한 수요가 변화하면서 리튬이온 배터리가 등장할 여지가 생길 수 있다. 하지만 납산 배터리는 기존의 인프라를 보유하고 있으며 경제적 이점을 제공하기 때문에 단기적으로는 계속해서 주도적인 기술로 남을 것이다. 새로운 기술로의 전환은 창의성과 기능적 필요성이 뒤섞인 복합적인 과정이 될 것이다.

요약하면, 리튬이온 자동차 배터리는 성능 제한과 비용 문제, 안전성 우려 및 납산 기술의 압도적인 시장 점유율로 인해 스타트-스톱 시스템에서 널리 사용되지 않고 있습니다. 리튬이온 기술은 다른 응용 분야에서는 유망하지만, 전통적인 자동차 시동 분야에서는 아직 거의 활용되지 않았습니다. 이러한 이유들로 인해 혁신이 다른 분야에서 개발되고 있으며, 자동차 산업에서는 검증된 기존 솔루션이 계속 사용되고 있습니다.