전기차 공개 질의 - 1

전기차 공개 질의 - 1

1.환경 측면에서 전기차가 궁극적인 대안이 될 수 있는가에 대한 질문입니다. 전기자동차에 사용되는 전기가 화석연료나 원자력을 사용해 만들어지기 때문에 환경적으로 내연기관 자동차와 다를 바 없다고 생각합니다. 전기자동차에 쓰이는 전기를 생산하려면 그만큼 대기오염가스를 배출할 수밖에 없기 때문입니다. 전기자동차의 시장점유율이 지금의 경유차 수준으로 높아진다면 전기 사용량도 폭발적으로 늘어날 수밖에 없고, 늘어난 전기 소모를 값비싼 친환경발전으로 충당하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 화력 발전소나 원자력 발전소의 추가건설이 불가피합니다. 이것은 환경을 보호하기 위해 만들어진 전기자동차의 취지와는 어울리지 않는 현상입니다. 폭발적으로 늘어나는 전기소모를 환경을 보호하는 범위에서 해결할 방법이 있습니까? →전기자동차가 전기를 이용하기 때문에 화석연료나 원자력을 사용하기는 하나 환경적으로 보았을 때 내연기관과 같은 패턴을 보이는 것은 아닙니다. 전기자동차는 이것에 기반이 되는 전기 자체가 만들어지기 위해서 하나의 경로를 이용하는 것이 아니라 화력발전이나 원자력발전이외에도 수력, 풍력, 태양열 등의 무공해 발전 또한 기반으로 할 수 있고 이러한 연료원(전기) 생산의 다양성은 환경적으로 미칠 영향에 대한 방안을 세울 때 매우 탄력적일 수 있다는 점에서 내연기관 자동차와는 엄연한 차이가 존재합니다. 또 다른 차이점으로 전기 자동차의 경우에는 전기 에너지의 59~62%를 바퀴에 전달하지만 내연기관은 휘발유 에너지의 17%~21%를 바퀴에 전달하기 때문에 에너지 효율적인 측면에서도 내연기관과 전기자동차는 엄연한 차이를 보이고 있습니다. 전기자동차에 쓰이는 전기자동차를 생산하기 위해서 대기오염가스를 배출할 수밖에 없다는 주장을 살펴보면 여기서 대기오염가스의 대부분은 탄소일 것입니다. 이러한 문제의 발생은 화석연료를 주로 사용하는 화력 발전이 전기 생산에 큰 비율을 차지하고 있다는 것이 기반이 되어야 합니다. 하지만 해외의 경우 세계 주요 선진국들은 화력발전 이탈을 오래전부터 진행하였고, 전력 생산 대비 탄소배출량이 점점 감소하고 있습니다. 따라서 전력 생산에 친환경 에너지 생산을 증가시켜 전체 발전량의 90%를 넘고 있는 나라(ex)노르웨이)들의 경우에는 이러한 문제에서 벗어나 완전한 무공해 전기자동차를 만들어 대기오염과 같은 환경적인 문제에서 벗어났음을 의미합니다. 이런 점을 볼 때 전기 자동차가 만들어진 취지가 궁극적으로 실현되기 위해서는 친환경적인 발전량의 비율을 높여야한다는 것이 결국은 전기자동차의 사용의 환경적인 부분들의 문제들을 해결하는 궁극점이 될 것입니다. 전기 사용량의 증가로 문제가 생길 수 있는 경우는 전기자동차가 전기가 가장 많이 사용되는 시간대에 빠르게 충전하는 급속충전을 사용해 단시간에 많은 전력을 사용하였을 때일 것입니다. 이러한 문제는 완속충전을 통해서 해결할 수 있습니다. 완속충전을 하게 될 경우 현재에도 다른 전기사용량에 비해서 현저하게 낮은 사용량을 보이고 있는 심야전기를 이용하면 될 것이다. 심야전기를 이용한다면 이에 대한 사용료 또한 경제적이기 때문에 전기사용량 증가에 대한 문제도 해결하고 경제성까지 해결할 수 있을 것이다. 이렇게 사용하면 추가적인 발전소를 건설하지 않고도 전기사용량 증가의 문제를 해결할 수 있을 것입니다. 이외에도 과도기적 상황을 대비할 수 있는 방법에는 축전지 자체가 전기를 절약하는 방법도 사용할 수 있습니다. 이는 고성능의 연(납)축전지인데, 고체전해질에 의한 밀폐형 연축전지는 류산(황산)전해액을 이용하는 연축전지에 비해 30%의 전기를 절약하면서도 제작원가는 10% 낮고 수명은 2배나 깁니다. 전기자동차의 환경적인 취지를 살리기 위한 추가적인 방법으로는 신재생에너지인 태양광을 통해 생산된 전력을 에너지저장장치(ESS)에 저장하여 전기자동차 충전용 전력으로 공급하는 "솔라스테이션" 을 구축하여 서울시 대기의 질, 환경 개선 및 친환경에너지 생산에 기여하는 방법을 함께 사용하는 것입니다. 2.기본적으로 전기차는 리튬이온배터리가 사용됩니다. 세계 리튬생산은 칠레의 SQM과 미국을 앨버말, 릋 세업체가 전 세계 시장의 80%가량을 과점하고 있으며, 생산국은 아르헨티나, 볼리비아, 칠레, 미국, 중국, 호주 등이 있습니다. 이에 반해 우리나라는 리튬을 전량 수입에 의존하고 있습니다. 국제적으로 증가하던 리튬의 가격이 올해에 들어 큰 폭으로 감소했지만 리튬의 수요가 꾸준히 증가하는 세계적인 흐름을 볼 때 리튬의 가격상승은 필연적인 것으로 예상할 수 있습니다. 또한 석유 파동처럼 리튬을 많이 보유하고 있는 소수의 국가들이 리튬의 가격을 무기화한다면 우리나라처럼 보유량이 적은 국가들은 배터리생산에 차질이 생길 수 밖에 없고 이것은 사회적인 문제로 발전할 수 있습니다. 리튬을 확보하지 못했을 경우에는 대체할 수 있는 방법은 무엇이 있습니까? →1)차세대전지의 기술 전망으로 리튬-황전지, 리튬-공기전지, 나트륨전지, 마그네슘전지, 전고체전지 등 여러 차세대전지 시스템들이 종래의 리튬이차전지의 기술적 한계를 돌파하기 위한 후보로서 연구개발되고 있다. 게다가, 붕소 중심의 음이온 기반의 마그네슘 이온 전해질을 설계하고 합성하는 시도를 하였는데 이 전해질은 높은 이온 전도도와 핵친화성이 없고 넓은 전기화학적 창을 갖고 있다. 상대적으로 안전하고, 친환경적인 마그네슘이온전지가 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있다. 이 전지는 마그네슘이 구하기 쉽고, 단위 부피당 에너지 밀도가 높다는 장점도 갖췄다. 그러나 마그네슘 금속을 음극으로 사용하는 마그네슘메탈전지는 리튬이차전지에서와 같이 염과 유기용매로 구성된 전해질을 사용하면 일반적인 온도에서 작동하기 어렵고, 특정 용매에서는 60~100℃의 높은 온도에서만 사용할 수 있다는 한계점이 있었다. 이는 전해질 성분이 마그네슘 금속 음극 표면에 두꺼운 부도체 표면층을 형성하고, 결국 전지의 작동을 중단시키기 때문이다. 이에 연구팀은 마그네슘 기반의 이차전지 구현을 위해 기존 마그네슘 금속 음극의 한계를 극복하고 대체할 수 있는 새로운 마그네슘-주석(Mg2Sn) 합금 음극 소재를 개발하고, 고용량 충전‧방전 성능을 획득했다. 리튬 이차전지를 대체하기 위한 차세대 전지로서 내연기관(internal combustion engine)과 납축전지(lead acid batteries)를 대체할 수 있는 아연-공기 전지(Zn-air battery)와 같은 금속-공기 전지 제안되었다. 상기 아연-공기 전지는, 방전전압이 균일하고, 보존특성이 좋으며, 오염물질이 없는 친환경적이며, 연료 압축과 저장에 대한 문제가 없고 제작비용이 저렴하다는 장점을 가지나, 출력밀도가 낮으며 재충전이 매우 어렵다는 문제점이 있으며, 상기 아연-공기 연료 전지의 이차전지화는 금속 전극, 공기 전극, 전해질 및 분리막에 대한 상당한 추가 연구가 필요할 것으로 예상된다. 한편, 아연-이온 전지는 음극으로서 아연 금속과, 양극으로서 이산화망간 및 전해질로서 아연염을 포함하며, 전해질 내에 존재하는 아연 이온이 이산화망간의 결정 내로 탈삽입되는 반응을 이용한 2차 전지로서, 출력밀도가 높고, 재충전이 가능하다는 장점을 가진다. 하지만, 아연-이온 전지는 낮은 에너지 밀도와 전압 프로파일에 있어서 평탄구간(pleatu)가 나타나지 않는다는 문제점을 가진다. 이에, 본 발명자는 친환 친환경적이고 가격경쟁력이 있는 아연을 음극으로 사용하되, 상기 아연-이온 전지와 아연-공기 전지가 가지는 장점을 채택하기 위하여 상기 두 전지 시스템을 혼용하는 아연-이온 및 아연-공기 하이브리드 이차전지를 개발하여 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 하였다. 2)슈퍼 커패시터는 고성능 전기저장 장치 또는 대용량 축전지로 불리는 에너지 저장장치(ESS)다. 기존 이온 배터리에 비교해 충·방전 속도가 빠르고, 수명이 길며, 출력 밀도도 더 높아 차세대 전지로 분류되고 있다.