"무게 절감 목표"···첨단 기술 입는 '전기차 '

[이넷뉴스] 자동차 업계가 항상 고심하는 문제가 있다. 바로 효율성을 높이는 것. 그래서 예전부터 다양한 기술이 개발됐으며, 그중 하나가 바로 차체의 무게를 줄이는 방법이었다. 최근 전기자동차(EV) 시대가 본격적으로 열리면서 무게 감소는 옵션이 아닌 필수가 됐다.

◇ 부품을 차체에 인쇄한다? 

차체의 무게를 줄이는 가장 혁신적인 방법으로는 관련 부품들을 차체에 바로 인쇄해서 쓰는 것이다.

해외 시장조사 기관인 아이디테크엑스(IDTechEx)의 최근 보고서는 유연하면서도 인쇄된 전자 장치가 EV의 중량 감소 요구에 따라 앞으로 더 많이 쓰일 수 있다고 말한다.

카메라와 라이다(LiDAR) 또는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)은 최신 차량에 필수적으로 장착되는 부품으로 항상 도로를 명확하게 볼 수 있어야 한다. 그러기 위해선 센서 위 투명한 커버에 안개나 서리가 끼면 안 된다. 발광다이오드(LED) 헤드라이트 역시 마찬가지다. 하지만 EV의 경우 기존 차량 엔진보다 잔류 열이 훨씬 적어 이를 적절히 제거하기 힘들다. 

이를 해결하고 무게도 줄이는 일석이조의 방법이 바로 투명 히터다. 이는 인몰드 전자장치(IME)를 통해 인쇄된 금속 배선을 깔거나 은 나노와이어, 탄소 나노튜브(CNT) 또는 금속 메쉬와 같은 투명한 도체를 사용, 열을 만들어 내는 방법이다.

무게도 가벼울 뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 가격 하락 가능성이 있어 앞으로 필요한 모든 곳에 적용 가능할 것으로 예상되고 있다.

또 앞으로의 차량은 점점 더 많은 연결이 필요함에 따라 여러 주파수를 사용하는 안테나가 늘어날 것으로 예상된다. 이에 대한 것은 금형 내 전자 장치를 사용하거나 3차원(3D_ 표면에 직접 인쇄하는 등의 방법으로 무게 부담을 줄일 수 있다고 했다.

최근 많이 적용되고 있는 차량 태양전지 패널도 차량에 무게감을 주지 않으면서 매일 약 30키로미터(km)의 거리를 추가할 수 있다고 밝혔다.

현재, 통합 태양 전지 패널이 있는 몇 가지 EV는 입증된 내구성을 가진 실리콘 태양광을 사용하지만, 유기 및 페로브스키트 반도체를 기반으로 한 박막 태양광은 가볍고 뛰어난 편의성으로 인해 유망한 대안을 가지고 있다. 태양 전지 패널이 단단하고 평평한 실리콘 패널과 달리 자동차의 전체 외부 표면을 코팅하는 경우 스타일링이나 공기 역학에도 적합하다는 것이다.

◇ 인공지능 설계, 3D 프린터 이용 등 다양한 기술 개발 적용 중

그동안 꾸준히 연구되어온 신소재나 신기술 적용에도 다수의 기업이 나서고 있다.

이들은 인공지능(AI)을 이용한 설계 기술에서부터 3D 프린트를 사용한 경량 부품 제작, 탄소 섬유 등의 신소재는 물론 전기 배선 등 차의 모든 부품을 가볍게 만들고자 노력하고 있다.

그중 보다 가벼우면서 강한 소재를 사용하는 방법은 발전을 거듭하고 있다.

최근 재규어 랜드로버는 탄소 섬유와 같은 맞춤형 복합소재를 전략적으로 사용, 무게를 35키로그램(kg) 줄이는 한편 견고함은 30% 늘리는 기술을 개발했다. 이미 테스트를 통해 부품의 혁신과 무게 감소를 확인한 회사는 2022년까지 프로토타입 차량을 선보일 예정이다.

하지만 복합 소재를 사용하게 되면 차량의 가격이 오르게 된다. 고급 합금과 탄소 섬유의 추가 비용 없이, 무게를 줄이면서 경제적인 EV를 만들 순 없을까?

이에 폭스바겐은 인공지능(AI) 기반 설계 기술인 제너레이티브 디자인(Generative design)을 사용, 자사의 전기 마이크로버스를 설계한 바 있다.

지난 2019년 실리콘 밸리의 혁신 및 엔지니어링 센터 캘리포니아(IECC)를 기념해 선보인 컨셉트카, 타입20(Type 20) 마이크로 버스가 그 주인공이다. 적용된 주황색 휠은 표준형 합금 휠과 비교해 무게가 18% 감소한, 약 9kg 가벼운 것으로 나타났다. 또 스티어링 휠, 사이드미러 및 벤치 시트의 지지 구조도 새롭게 설계해 내구성은 물론 무게를 더욱 절감할 수 있었다.

3D 프린터 역시 차량 무게를 줄이는 데 한몫 하고 있다.

미국에 본사를 두고 있는 사쿠우 코퍼레이션(Sakuu Corporation)은 지난 5월 고체 견인 배터리의 신속한 대량 생산을 가능하게 하는 3D 산업용 프린터를 발표하는 한편 연간 2.5메가와트시(MWh) 용량의 전고체 배터리 생산을 위한 파일럿 라인 건설을 시작했다.

이 프린터로 만든 배터리 셀은 에너지 함량이 동일한 기존 리튬 이온 배터리보다 크기는 절반, 무게는 3분의 1가량 더 가벼우며, 동일한 에너지 출력을 만드는 데 30~50% 적은 재료를 사용해 경제적이라고 사측은 밝혔다.

현재 발표된 파일럿 라인은 배터리 제조 공정의 타당성을 입증하고 전략적 파트너에게 샘플 제품을 공급할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본격적인 양산은 2022년부터 2단계로 이어질 것으로 예상되고 있다.

많은 글로벌 자동차 기업들이 머지않아 친환경 차만 생산하겠다는 약속을 이어가고 있다. 이에 따라 기존 차 대비 주행 거리, 출력 부분의 약점을 보완하기 위한 무게 절감 기술은 앞으로도 끊임없이 시도될 것으로 보인다.

[이넷뉴스=신종섭 기자] shinjs@enetnews.co.kr