[초점] ‘배터리 안 쓰는’ 전기자전거 시대 열리나

전기자전거의 저변이 빠른 속도로 늘어나면서 전기차와 더불어 전기자전거에 대한 관심도 커지고 있다.

화석연료를 쓰는 내연기관 자동차를 대체할 친환경 교통수단으로 전기차가 가장 유력하게 부상한 것이 사실이지만 전기자전거의 역할도 만만치 않음을 보여주는 조사 결과가 최근 잇따르고 있어서다.

특히 전기차가 기존 내연차를 대체하는 장거리 이동 수단으로 보급률이 오르고 있다면 전기자전거는 출퇴근하는 직장인들을 비롯해 중단거리를 이동하는 사람들의 대안으로 각광받고 있다.
그러나 전기자전거는 아직 기술적으로 극복해야 할 문제도 안고 있다. 전기를 공급하는 배터리를 장착해 구동하는 방식이 현재로서는 가장 일반화돼 있으나 주행거리가 짧은 것이 가장 큰 맹점으로 지적된다.

현재의 기술로 만든 배터리는 집에서 충전한 뒤 자전거에 장착해 주행하는 방식이어서 주행 중에 방전되면 오히려 커다란 짐이 되는 문제를 안고 있기 때문이다.

배터리를 장착하는 전기자전거는 종래의 자전거에 비해 매우 무거워 배터리 힘을 빌려 주행할 때는 큰 힘을 들이지 않고 주행하는 것이 가능하지만 방전되고 나면 완전히 정반대 상황이 펼쳐진다.
이 같은 맹점을 극복하기 위해 전기자전거를 주행하는 중에 자동으로 충전이 되는 방식의 혁신적인 전기자전거가 새롭게 개발돼 양산으로 이어질 수 있을지 주목된다.


21일(현지시간) 유로뉴스에 따르면 화제의 주인공은 프랑스의 전기자전거 스타트업 STEE로 현행 리튬이온배터리 대신에 자가 충전식 초고용량 축전지를 탑재한 전기자전거 파이팝(Pi-Pop)을 최근 발표했다.
현재 전기차와 전기자전거 모두에 일반화된 리튬이온배터리와 ‘슈퍼커패시터(supercapacitor)’로 불리는 초고용량 축전지는 비슷하면서도 다른 부품이다.

배터리와 콘덴서의 일종인 슈퍼커패시터는 모두 ‘전기화학적(electrochemical)’ 반응을 이용한 에너지 저장 장치란 점에서 비슷하다.

그러나 에너지를 저장할 때 사용되는 전기화학적 메커니즘이 달라 에너지와 전력 밀도에서는 둘 사이에 차이가 있다.

배터리는 전력밀도 자체로는 커패시터보다 낮지만 화학적 반응을 수반하기 때문에 천천히, 긴 시간 동안 충전과 방전을 거듭해 저장할 수 있는 에너지가 상대적으로 많아 에너지 밀도가 높다. 현재까지 배터리가 전기차와 전기자전거의 에너지 저장 장치로 주로 쓰이는 이유다.

반면에 배터리는 전기 에너지를 화학 에너지 형태로 저장하는데 비해 커패시터는 전기 에너지를 자기장에 저장하기 때문에 커패시터의 충전 및 방전 속도가 배터리 대비 매우 빠르고 배터리는 느리다는 점에서 다르다.

바꿔 말하면 커패시터는 충전 및 방전 속도가 빠르기 때문에 주행하면서 동시에 충전을 하는 것이 가능한 이점이 있다.

커패시터가 최근 들어 처음 개발된 것은 아니다. 지난 1970년대부터 선보인 이래 태양광 패널, 디지털카메라, 일부 하이브리드카 등에 적용된 사례가 있으나 전기자전거에 적용된 것은 이번이 처음이다.


STEE가 주목한 점도 바로 이 차이점이다. 주행 중에 방전되면 아무런 대책이 없는 문제를 안고 있는 리튬이온배터리의 맹점을 보완하는데 슈퍼커패시터를 가장 적합한 대안으로 봤다.

리튬이온배터리는 방전 상태에 이르면 수명이 크게 줄어드는 문제점도 아울러 안고 있는데 이 점까지도 극복할 수 있는 대안으로 STEE는 슈퍼커패시터를 선택했다.

아드리앙 레리에브 STEE 대표는 유로뉴스와 인터뷰에서 “파이팝에 탑재된 슈퍼커패시터의 최대 장점은 운전자가 평지를 주행하면서 페달을 돌리는 과정이나 내리막길을 내려오면서 전기모터가 구동되지 않는 동안 알아서 충전을 해준다는 점”이라고 강조했다.

고용량의 전기에너지를 빠른 속도로 충전과 방전하는 슈퍼커패시터의 이점을 전기자전거에 적용한 셈이다. 이에 비해 리튬이온배터리는 일단 충전을 내놓은 다음에 자전거에 장착해 주행하는 방식이라 주행 도중에 충전하는 것이 원천적으로 불가능하다.

그는 “파이팝은 슈퍼커패시터 방식의 전기모터로 움직이기 때문에 고도가 50m 상승하는 상황에서도 언덕길에 오르기 전에 충전한 전기에너지를 이용해 오르막길을 오르는데 아무런 문제가 없는 것으로 나타났다”면서 “언덕길이 많은 유럽 지역의 지형에 적합한 대안”이라고 강조했다.

레리에브는 “슈퍼커패시터는 리튬이온배터리와 비교할 때 기다렸다 충전해야 하는 불편을 없애는 장점이 있는데다 수명도 10~15년이나 되는 이점까지 아울러 있다”고 덧붙였다. 리튬이온배터리의 수명은 5~6년 수준으로 알려져 있다.


김현철 글로벌이코노믹 기자 rock@g-enews.com