'전기차(EV: Electric Vehicle)'는 화석연료를 사용하지 않고 외부전원으로 충전되는 '배터리(Battery)'를 에너지원으로 하는 '전동기(Electric Motor)'로 구동되는 '비연소식 운송수단'이다. '전기차'는 대기오염물질과 온실가스를 배출하지 않고 소음도 거의 일으키지 않아, 연소에 따른 환경문제를 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.
0. 목차
- 전기차 생태계
- 전기차의 핵심 부품은 '배터리', '동력 발생 장치', '열관리장치'
- 배터리
- 동력 발생 장치
- 열관리 장치
- 전기차 전용 플랫폼
- 초소형 전기차
- 전기차 배터리 관련 후방 산업
1. '전기차' 산업
전기차 산업의 특징으로는 '내구성 소비재 산업', '기술집약적 산업', '중요도 높은 후방 산업', '높은 시장 진입 장벽', '첨단 융복합 산업' 등이 있다.
- 내구성 소비재 산업: 소비를 위해 장시간에 걸쳐 서비스를 제공하는 실물 자산 산업
- 기술집약적 산업: '배터리 기술', '회생제동 시스템' 등 다양한 영역의 고난이도 기술 적용
- 중요도 높은 후방 산업: 경량화 소재, 배터리, 인버터 등 주요 핵심부품의 기술력이 주행거리, 주행속도 등 성능 좌우
- 높은 시장 진입장벽: 적용 기술의 난이도, 대규모 장치 설비 필요, (다만 전기차 관련 부품으로 기술 중심이 이동함에 따라 기존 산업 대비 진입장벽은 다소 낮아짐)
- 첨단 융·복합 산업: 다양한 분야의 긴말한 융·복합 기술이 적용되고 있으며 '자동화 전장화', '친환경 기술' 등이 반영
1-1. 스마트카
전기차는 '자율주행 기술' 등 각종 IT 기술과 융합하여 고도화된 서비스를 제공하는 '스마트카(Smart Car)'로 진화해나갈 것이다. '스마트카(Smart Car)'는 전통적인 자동차에 IT 기술을 융·복합하여, 사고 발생률을 획기적으로 낮추는 동시에 사용자의 만족도를 극대화하는 자동차로 정의된다. 또한 이를 위한 관련 기술로는 크게 IT 기술이 운전자의 주행능력을 대체하여 목적지까지 무인 이동을 가능하게 하는 '자율주행 기술'과 안전한 자율주행의 구현을 위해 요구되는 차량 내 대용량 고속 데이터 전송 및 'V2X(Vehicle-to Everything)' 통신을 위한 '커넥티드카(Connected Car)' 기술이 있다.
'커넥티드 카(Connected Car)' 기술은 '자율주행'과 '커넥티드'를 활용한 각종 서비스 기술로 정의된다. '커넥티드 카 서비스(Connected Car)' 를 구성하는 기술 범위로는 운전자·승객·차량을 위한 커넥티드 카 개발을 위한 기반기술을 중심으로 '차량 네트워크(Vehicle Network)', '통신 네트워크(Telecommunications Network)', '클라우드(Cloud)', '빅데이터(Big Data)' 등 4가지 기술로 분류된다.
1-2. '전기차' 산업의 전후방 산업
자동차 산업은 다양한 소재와 제조기술을 바탕으로 하는 부품 업체를 배경으로, 생산과 판매 과정에서 다양한 경제주체들의 활동이 전후방에 걸쳐 복잡한 가치사슬을 가지는 폭넓은 '생태계(Ecosystem)'를 구성한다. 특히 '보험', '리스', '할부판매' 등의 금융부문도 자동차 시장을 형성함에 있어서 중요한 역할을 한다. 그 밖에도 원활한 자동차 산업 생태계가 작동하기 위해서는 '중고차 거래', '자동차 정비', '폐차 처리' 등 다양한 산업의 매개가 필요하다.
전기차 산업의 '가치사슬(Value Chain)'은 기존의 전통적인 자동차 산업의 구조와 큰 차이는 없으나 각 산업을 구성하는 주요 제품·서비스의 변화에 따라 참여기업이 재편될 것으로 예상된다.
- 전기차 산업: 완성차 업체
- 전기차 산업의 후방 산업: 배터리, 인버터, 컨버터, 모터, 현가·조향장치
- 전기차 산업의 전방 산업: 자동차판매점·렌터카, 보험사, 모빌리티 서비스 업체 등
1-3. 전기차 보급을 촉진하려면?
전기차는 '친환경', '운행비용 절감', '상대적으로 긴 수명'이라는 장점이 있다. 한편, 전기차 보급 활성화를 방해하는 장애요인으로는 '높은 구매 가격', '적절한 사업모델 부재', '장거리 운행불가', '충전 인프라 부족' 등을 꼽을 수 있다. 이들 보급 장애요인 다수는 정부의 직접적 지원·개입만으로는 해결하기 어려운 과제로, 전차 생태계 조성을 위해 해결해 나가야 할 과제들이다. 자동차에 대한 '이용자 수용성(Audience Reception)', 즉 '수요(Demand)'는 '자동차 매력', '경제성', '연료 보급 용이성' 등 복합적 요소에 달려 있다. 전기차 보급을 촉진하기 위해서는, 우선 경제성 관점에서 '이용자 수용성(Audience Reception)' 요소를 보완해 줄 필요가 있다. 전기차의 '공적 가치(화석연료 수입 억제, 온실가스 배출량 저감 등)'와 '사적 가치(시장 가격 등)' 간 괴리를 줄여주고 충전 용이성을 대폭 높이기 위한 정부의 지원이 요구된다
전기차가 자동차 시장에서 수요자로부터 구매력을 이끌어내기 위해서는 해결해야 할 많은 기술적 과제들이 있다. 예를 들어 '소재 경량화', '부품 고효율화', '배터리 성능 향상', '충전시간 단축', 안정성을 높이기 위해 충격에 강한 '배터리 설계 기술', 실내공간 확보를 위한 '부피 감소 기술', 차세대 전지로서 양극과 음극 사이의 전해질을 고체로 대체한 '전고체 배터리(All Solid State Battery)' 기술 개발 등의 과제를 안고 있다.
2. 전기차의 핵심 부품은 '배터리', '동력 발생 장치', '열관리장치'
전기차의 성능을 좌우하는 핵심기술은 '배터리(Battery)', '동력발생장치(전기모터, 인버터, 컨버터 등)', '열관리 장치(공조·냉각 시스템)' 등이다.
- 배터리(Battery): 에너지 저장·충전 시스템의 하나인 '배터리'는 전기차의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 장치이다. 리튬이온전지가 대표적으로 활용되며, '배터리 셀', '모듈', '배터리 관리 시스템(BMS)', '냉각 장치' 등으로 구성된다.
- 동력 발생 장치: 기본적으로 '전기모터', '인버터', '컨버터' 등으로 구분된다. '전기모터'는 최대 속도 10000rpm 이상의 고속 운전까지 지원할 수 있도록 저속부터 고속까지 회전력에 대한 정밀제어가 필수적이며, '열 배출 시스템'과의 연동을 위해 소형화가 핵심이다. 또한 인버터는 고성능 교류 모터를 사용하기 위해 '토크(주파수, 전압, 회전수)'를 자유롭게 변환할 수 있는 기능을 확보하는 것이 매우 중요하다.
- 열관리 장치: 전기차는 기본적으로 엔진에서 나오는 '폐열(Waste Heat)'이나 '기계식 컴프레서(Mechanical Compressor)'를 이용할 수 없기 때문에, 'PTC 히터(Positivie Temperature Coefficient Heater)'를 이용하거나, '모터', '인버터'의 열을 '히트 펌프(Heat Pump)' 방식으로 회수하여 열을 관리한다. 이러한 특성에 따라 냉·난방 시 배터리 전력을 사용하는 전기 구동 유체기계 등의 영향으로 주행거리가 감소하는 문제가 있다. 그러므로 '실내 공조 시스템(Indoor Air Conditioning System)'과의 종합적인 연계를 통해 차량 연비를 향상시킬 수 있는 엔지니어링 기술을 확보하는 것이 필요하다.
2-1. 'In-whel형'과 'In-line형'
'전기차'는 크게 'In-wheel형'과 'In-line형'으로 구분된다.
- In-wheel형: 'In-wheel형'은 전기모터가 자동자 바퀴 '휠(Wheel)' 내에 장착되어 바퀴를 독립적으로 구동하여 자동차 추진력을 축을 통해서가 아닌 전동기 제어를 얻는 전기차이다. In-wheel형은 연소식 자동차에서 사용되는 '동력전달장치(변속기, 차축, 차동기어 등)'를 필요로 하지 않아 구조가 간단하고 차체를 경량화할 수 있어 에너지 효율을 제고할 수 있다. 또한 이 형식은 전동기를 직접 제어하여 토크를 얻기 때문에 높은 은답성을 가지며, 특히 자동차 회전 시 각각 독립적인 토크의 발생이 가능하여 추가 기능 없이 차량의 안정성을 제고할 수 있다. 하지만 In-wheel형은 전동기가 바퀴마다 장착됨으로 인하여, 전동기와 피드백 센서의 개수가 많아져 시스템이 복잡해지고 '제어와 제작상의 어려움', '제작비용의 상승' 등의 단점을 안고 있다.
- In-line형: 'In-line'형은 연소식 자동차와 마찬가지로 '차축(Axel)'에 연결되어 2개의 바퀴를 하나의 전동하는 구동하는 전기차다.
3. 배터리
'에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)'은 고밀도의 전기에너지를 저장·관리하기 위해 '배터리 모듈', 'BMS', '냉각장치', 'BTMS(Battery Thermal Management System)' 등을 일체화 한 '배터리팩(Battery Pack)'이다.
배터리는 재충전이 가능한 '2차 전지(Secondary Battery)'가 사용되며, 재료에 따라 다양한 종류의 제품이 출시되고 있다. 하지만 2023년 기준, 리튬계 배터리가 가장 널리 쓰이고 있다. 배터리의 '에너지 밀도(Energy Density)'는 '양극활물질(Cathode Active Material)'과 '음극활물질(Anode Active Material)'의 성분에 의해 결정된다. 고에너지를 얻기 위해서 '양극활물질'에 '니켈(Ni)'의 함량을 높이고 '음극활물질'에는 '흑연(Graphite)'에 혼합하는 '실리콘(Si)' 비율을 높이는 추세다.
2023년 기준, 전기차 배터리에 사용되고 있는 '2세대 리튬이온전지(Lithium-ion battery)'는 음극재로 1세대와 같이 흑연을 사용하나, 양극재로 'LCO(LiCoO2)'에서 가격이 낮은 'NCM(LiO2, NiO2, CoO2, MnO2)'으로 대체하여 에너지 밀도를 450~550Wh/L까지 개선하고, 전기차의 주행거리를 300km까지 향상시킨 것이다. '3세대 리튬이온전지'의 양극활물질에는 고가의 '코발트(Co)' 사용량을 줄이고 '니켈(Ni)'의 비중을 80% 이상 높이고 있으며, 음극활물질에는 흑연에 '실리콘(Si)'계 물질을 첨가해 에너지 밀도를 향상시키고 있다. '실리콘(Si)'이 첨가된 '3세대 배터리' 탑재 전기차의 주행거리는 최대 500km까지 개선된 것으로 전망된다. 'LG화학'과 'SK이노베이션'은 NCM811과 NCM111 양극재를 혼합해 에너지밀도를 37% 개선하였으며, 이후 NCM811 배터리를 대량 생산하여 '기아자동차'의 '니로 EV"에 세계 최초로 적용하였다.
현재 전기차의 주력 2차 전지인 '리튬이온전지(Lithium-Ion Battery)'는 '에너지 밀도(Energy Density)' 측면에서 한계에 직면해 있어, 관련 업계는 리튬이온전지보다 안정적이고 '에너지 밀도'가 높은 차세대 배터리 개발에 박차를 개발하고 있다. 현재 개발되고 있는 차세대 배터리에는 음극재로 리튬을 사용하는 '리튬금속 전지(리튬-공기전지, 리튬-황전지 등)', '양극재를 개선한 전지(나트륨 이온, 마그네슘 이온 등)', 전해질을 개선한 '전고체 배터리(All Solid State Battery)'가 있다.
3-1. 배터리 관리 시스템(BMS)
'배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)'는 배터리의 '충전상태(State of Charge)'와 '노화도(State of Health)' 등을 계산하여 배터리의 성능을 최적화하고, 잔여 배터리 양으로 주행할 수 있는 거리를 정확히 계산하여 'VCU(Vehicle Control Unit)'에 제공하는 H/W와 H/W를 제어하는 S/W로 이루어진다.
3-2. 전기차 배터리의 구조
전기차 배터리는 종류에 따라 구성이 조금씩 다르지만 일반적으로 '셀(Cell)', '모듈(Module)', '팩(Pack)'으로 구성된다. 약 12~48개의 셀이 모여 모듈을 이루고, 약 8~40개의 모듈이 모여 하나의 팩을 구성한다. 최종적으로 팩의 형태로 전기차에 장착된다.
- 셀(Cell): 전기차 배터리의 기본단위로, 제한된 공간과 동일한 부피에서 많은 용량을 지닌 고 에너지 밀도의 셀을 개발한다.
- 모듈(Module): 셀을 충격과 열 등의 자극으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 것이다. 하나의 모듈에 더 많은 셀을 담을 수 있도록 설계 및 구성한다.
- 팩(Pack): 여러 개의 모듈을 모은 후 '배터리 관리 시스템(온도, 전압 등을 관리)'과 '냉각장치' 등을 추가한 것이다. 배터리 내 공간 효율성을 높여 최종적으로 배터리가 차지하는 면적을 줄이기 위한 설계 및 디자인을 한다.
3-3. 배터리의 형태
전기차 배터리의 유형은 형태에 따라 '각형', '파우치형', '원통형'으로 분류된다. 각 유형에 따라 장단점이 있으며, 완성차 업체마다 선호하는 배터리가 다르다. 시장조사업체 SNE 리서치에 따르면, 2020년 기준으로 각형 49.2%, 파우치형 27.8%, 원통형 23%의 점유율을 보이고 있다.
- 각형: '각형 배터리'는 소재를 접어 여러 개 쌓은 후 네모난 알루미늄 케이스에 담아 공급한다. 외부 충격에 강하고 안전성이 높다는 장점을 가지고 있지만, 금속 케이스로 인해 무겁고 열 방출이 어려워 추가적으로 냉각 장치를 달아야 한다.
- 원통형: '원통형 배터리'는 소재를 젤리롤 형식으로 말아 금속 케이스에 투입한다. 3가지 유형의 배터리 중 가장 저렴하고 표준화된 규격으로 대량생산이 가능하다. 부피당 에너지밀도가 높지만 대형 사이즈로 만들기 어려워 형태 특성상 공간 활용도가 낮고 무겁다는 단점이 있다.
- 파우치형: '파우치형 배터리'는 소재를 빈틈 없이 쌓아 필름 주머니에 담는 형태로, 공간 효율이 우수하고 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 또한 알루미늄 케이스에 형태를 맞춰야 할 필요가 없어 다양한 크기와 모양으로도 제작이 가능하다. 그러나 외관이 단단하지 않아 외부 충격에 약하고, 내부에 빈 공간이 적어 열 관리가 어렵다.
4. 동력 발생 장치
4-1. 전동기 비교
현재 전기차에 'DC 전동기(Direct Current Motor)', 'BLDC 전동기(Brushless DC Motor)', 'BLAC 전동기'인 '유도 전동기(IM: Induction Motor)', '영구자석 전동기(PMSM: Permanent Magnetic Synchronous Motor)' 등이 사용되고 있다. 많이 사용되는 것은 'PMSM 전동기', 그중에서도 고속 회전에서 고효율을 보이는 '매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM: Interior Permanent Magnetic Synchronous Motor)'가 많이 사용되고 있다.
전기차 전동기는 1000rpm 이상의 고속 운전뿐만 아니라, 저속에서 고속까지 정밀제어가 가능해야 한다. '직류 전동기' 채택 전기차와는 달리 '교류 전동기(유도전동기, PMSM, IPMSM)' 사용 전기차는 배터리의 직류전원을 다양한 주파수와 전압의 교류 전원으로 변환하여 전동기의 토크와 속도를 제어할 수 있는 '인버터(Inverter)'를 요구한다.
| 구분 | PMSM | IPMSM | IM |
| 효율 | 양호 | 양호 | 미흡 |
| 회전수 | 보통 | 양호 | 우수 |
| 고토크 | 양호 | 양호 | 미흡 |
| 가격 | 미흡 | 보통 | 양호 |
5. 열관리장치
5-1. 배터리 열관리 시스템(BTMS)
'배터리 열관리 시스템(BTMS: Battery Theermal Management System)'는 외부의 온도 변화로 인한 '배터리의 성능 저하'과 '내구성 저하'를 방지하기 위해, 배터리가 상온에서 운전되도록 배터리를 가열 또는·냉각하는 장치이다. BTMS는 '수동식(Passive Type)'과 '능동식(Active Type)', '공랭식(Air Cooling Type)', '수냉식(Liquid Cooling Type)'이 있다.
배터리팩 내부 전지 간 간격이 좁아 '냉각재(Coolant)'가 통과하기 어려울 경우에는 '방열판(Heat Sink Plate)'을 전지 사이나 측면에 위치시키고, 방열판에 열전달 유체를 통과시켜 과열된 배터리팩을 간접 냉각하는 방식을 사용하고 있다. BTMS가 중량이 큰 문제점을 가지고 있어, 차세대 BTMS 기술은 시스템 경량화에 중점을 두고 있는 가운데, 현재 '상 변화 물질(PCM: Phase Change Material)'이나 '히트파이프(Heat Pipe)'를 이용하는 냉각 방식에 대한 연구가 이루어지고 있다.
6. 전기차 전용 플랫폼
6-1. 플랫폼 적용으로 주행거리를 늘린다.
기존의 전기차는 '플랫폼(Platform)'이 연소식 자동차와 유사하였으나, 최근의 전기차는 전용 플랫폼의 적용으로 주행거리를 늘리고 가격을 낮출 수 있어, 대중화가 앞당겨질 것으로 전망된다. 글로벌 완성차 업체가 판매하고 있는 전기차의 1회 충전 평균 주행거리는 2014년 127마일에서 2019년 190마일로 향상되었다.
'폭스바겐(VW: Volkswagen)', 'BMW(Bayerische Motoren Werke)', '포드(Ford)', '닛산(Nissan)', '미쓰비시(Mitsubishi)', '오펠(Opel)', '테슬라(Tesla)' 등이 각자의 전기차 전용 플랫폼을 확보하고 있다. 특히 '폭스바겐(VW: Volkswagen)'이 가장 적극적으로 개발에 나서고 있는 것으로 알려졌다. VW는 소형 전기차 공용 플랫폼인 'MQB'를 이용해 배터리 탑재 위치를 개선하고 충전 속도를 높인 'MEB(Modular Electrification Toolkit)' 플랫폼을 개발하였다. 'MEB 플랫폼'은 '백터리팩', '전동기' 드으이 주요 부품을 표준화하여 규모의 경제를 달성하기 유리하여, 효율적으로 전기차를 설계·양산할 수 있다. 또 2022년 12월 7일에는 공식 발표를 통해 새로운 전기차 플랫폼인 'MEB+'를 공개했다. MEB+는 기존 MEB 플랫폼에서 최신 기술을 적용하고 효율화를 이룬 개선형 전기차 플랫폼이다.
6-2. 인포테인먼트
'인포테인먼트(Infortainment)'란 '인포메이션(Information)'과 '엔터테인먼트(Entertainment)'의 합성어로, 차 안에 설치된 장비들이 차량 상태와 길 안내 등 운행과 관련된 정보와 함께 사용자를 위한 엔터테인먼트 요소를 함께 제공하는 서비스를 말한다. 기존 차량 내 오디오 시스템, 내비게이션을 의미하였으나, 최근 스마트폰의 발달과 IT, 통신 기술의 발달을 통해 '정밀 교통 정보 제공', 'IoT 연계 실내환경 제어', '지능형 원격 정비', '차량 내 전자결제' 등 다양한 서비스로 확장되었다.
7. 초소형 전기차
글로벌 완성차 업체는 '도심 주차난', '교통혼잡', '고령화' 등의 사회적 여건과 더불어 대중교통수단의 역할과 차량 공유 수단으로 초소형 전기승용차를 개발하고 있다. '초소형 전기승용차'는 5~7kWh 용량의 리튬이온전지가 탑재된 1~2인승 자동차로, 1회 충전으로 약 50km를 60~80km의 속도로 주행할 수 있고, 대당 500~800만원의 가격을 형성한다. 국토교통부는 총 무게 600kg 이하, 속도 80km/h 이하, 배기량 250cc 이하, 길이 3.6m 이하, 너비 1.5m 이하, 높이 2.0m 이하의 전기차를 '초소형 전기차'로 구분하고 있다.
국내에서는 '쎄미시스코'의 'D2', '대창모터'의 'Danigo', '기아자동차'의 '레이 EV', '르노삼성자동차'의 '트위지(Twizy)'가 출시되었다.
| 초소형 전기승용차 | 회사 | 회사 국적 | 출시년도 |
| D2 | 쎄미시스코 | 한국 | |
| Danigo | 대창모터 | 한국 | |
| 레이 EV | 기아자동차 | 한국 | |
| 트위지(Twizy) | 르노삼성자동차 | 한국 | 2020년 |
| i-Road | 도요타 | 일본 | 컨셉트카 |
| MC-β |
혼다(Honda) | 일본 |
8. 전기차 배터리 관련 후방 산업
8-1. 배터리 리스(Battery Lease)
전기차는 동급 내연기관 차량보다 비싸 초기 구매 부담이 있어 이를 완화하여 전기차 보급을 확대하고자 '배터리 교환', '중고 배터리 재사용' 등 후방 산업까지 고려한 사업 모델들이 등장하고 있다. 배터리 관련 업계들은 친환경 성장전략에 따라 '수리(Repair)', '렌털(Rental)', '재충전(Recharge)', '재사용(Reuse)', '재활용(Recycle)' 등 5R을 중심으로 다양한 비즈니스 파트너들과 협력하여 사업 모델을 개발하고 있다.
'배터리 리스(Battery Lease)'란 고객이 전기차 구매 시 배터리를 제외한 차량 비용만 지불하고, 매달 리스 요금으로 배터리 비용을 지불하는 형태를 말한다. 또한 배터리 충전·방전 성능 저하가 발생하면 새 배터리로 교환하는 것도 가능하다. 다만, 현재 전기차의 국가 보조금은 차량 전체를 구입할 때만 지원되기 떄문에, 배터리 리스모델은 보조금 지원을 받지 못한다. 매년 전기차 보조금이 감소하는데 반해 전기차 가격은 떨어지지 않고 있어 '배터리 리스'가 전기차 구매의 새로운 대안으로 떠오를 가능성이 있다.
이를 바탕으로 전기차 판매·리스 관련 업계들은 전기차 구매 초기 비용 부담을 낮추고 배터리를 재사용·재활용이 가능하게 할 수 있다. 이처럼 친환경적으로 이용할 수 있는 서비스를 제공함으로써, 전기차 이용 주기 전반에 걸친 선순환 생태계를 구축할 수 있을 것으로 전망되고 있다.
8-2. 폐배터리 활용 사업
전기차에 들어가는 배터리는 신품 대비 약 70% 이하로 성능이 떨어지면 '수행 거리 감소', '충전·방전 속도 저하' 등으로 전기차 구동 배터리로 사용할 수 없게 되어 '폐배터리(Waste Battery)'로 분류된다. '폐배터리' 내에 중금속 등의 유해 물질이 있어 단순 폐기된다면 환경오염을 유발할 수 있어, 세계 각국에서는 이를 재활용과 재사용할 수 있는 방안을 모색하고 있다. 이에 따라 전기차에서 회수한 배터리는 검수를 거쳐 '팩(Pack)', '모듈(Module)', '셀(Cell)' 단위로 분해되어 재사용 및 재가공 분야로 분류된다. 이러한 폐배터리는 농업용 초소형 전기차의 배터리로 쓰이거나 '전기자전거', '캠핑용 충전기' 등 소형 기기에 다시 사용된다. 특히 '폐배터리' 중 잔존가치가 70~80% 이상인 것은 '에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)' 용으로 재사용이 가능하다. 이처럼 폐배터리는 성능 기준이 높은 전기차 배터리용으로의 가치가 떨어졌찌만, 고출력을 요구하지 않는 용도로 변환되어 사용 가능하다.
이 밖의 재사용이 어려울 만큼 성능이 떨어진 배터리는 분해 후, '니켈(Ni)', '코발트(Co)', '망간(Mn)' 등을 추출하여 재활용 분야로 분류된다. 배터리 재활용 기술은 '피로메탈루기(Pyrometallurgy)', '하이드로메탈루어기(Hydrometallurgy)' 등이 있다.
- 피로메탈루기(Pyrometallurgy): '피로메탈루기(Pyrometallurgy)'는 추출 야금 방식으로 금속 회수를 가능하게 하고자 재료의 물리적·화학적 변화를 위해 광물과 야금 광구 및 농축물을 열처리한다. 이를 통해 '순수 금속', '중간 화합물', '합금'과 같은 판매할 수 있는 제품을 생산할 수 있다. 추출 원소는 '철(Fe)', '구리(Fe)', '크로(Cr)', '아연(Zn)', '주석(Sn)', '망간(Mn)'과 같은 원소의 산화물이 있다. 다만 해당 기술의 공정은 간단하나 화석연료가 사용되어 생태학적으로 친화적이지 않고, 리튬 회수가 어려워 이와 관련된 연구개발이 진행 중이다.
- 하이드로메탈루어기(Hydrometallurgy): '하이드로메탈루어기(Hydrometallurgy)'는 추출물 야금 분야 내의 기술로 광석에서 금속을 얻는 기술이다. 해당 기술은 광석 또는 잔류 재료로부터 금속을 회수하기 위해 수성 용액의 사용을 포함한다. 해당 공정은 '침출(체원료 중의 목적성분을 추제에 용해하여 고체 밖으로 추출하는 분리 조작)'로 이루어지며, 이는 강한 산에 리튬 이온을 담그고 금속을 용액으로 용해 시키는 과정이다. 이 기술을 적용 시 리튬을 포함하여 재료 회수의 성공률은 높으나 비용이 많이 들고 공정이 다소 복잡하다.
이 외에도 국내외 기업은 폐배터리의 핵심소재 추출 기술뿐만 아니라, '배터리 제조 시 개선된 재료와 공정', '지속 사용 가능한 배터리'를 연구하는 등 향후 폐배터리 양산을 억제할 신기술을 개발하고 있다.
8-3. 전기차 도입으로 폐배터리 배출 물량 증가
친환경 모빌리티 확대를 위해 전기차 도입은 좋은 발판이지만, 전기차 보급 증가에 따라 폐배터리 배출 물량이 증가하여 폐배터리의 법규와 사후관리 체계의 구체화가 필요하다. 환경부에서 발표한 자료에 따르면, 2020년부터 10년간 전기차 폐배터리 누적 발생량은 약 42만 4477개에 달할 것으로 예상하였다.
국내에서는 그동안 보조금 지원을 받아 구매한 전기차의 경우, 폐배터리를 지자체에 반납해야 했다. 하지만 2021년부터 반납의무 규정이 폐지되었으며, 폐배터리 재사용 및 재활용은 미래 윰아사업이자 신성장 동력으로 급부상하고 있다. 폐배터리 활용은 환경 편익 증진 외에도 안정적인 재료 확보 측면에서도 긍정적인 시각이 존재한다. 배터리 구성의 대부분 재료를 수입에 의존하고 있다. 이런 상황에서 배터리 재활용으로 안정적인 재료 확보가 가능해지면 '자원순환 제고', '비용 절감' 등이 가능하다. 다만 신규 배터리 가격 하락과 폐배터리의 불량률, 불안정성을 감안하고 폐배터리를 상업적으로 활용하기 위해서는 유인책이 필요할 것으로 보인다.
