친환경 이동수단의 혁신, 전동 킥보드

친환경 이동수단의 혁신, 전동 킥보드

대학생신재생에너지기자단 17기 심우빈, 18기 이지수

 

전동 킥보드에 대한 인식과 상용화 현황

 요즘 번화가를 가면 흔히 볼 수 있는 것이 하나 있다. 바로 전동 킥보드이다. 처음 생겼을 때는 사용법도 익숙하지 않고, 위험해 보여서 흥하지 못할 것이라고 생각했으나, 요즘은 우리 생활에 없어서는 안되는 필수품이 되었다. 짧게는 지하철역에서부터 강의실까지, 멀게는 음식 배달까지 할 수 있게 해주는 전동 킥보드의 이용은 전에 비해 굉장히 활성화되고 있다. 전동 킥보드가 성장하게 된 가장 큰 이유로는 편리한 접근성을 들 수 있는데, 대로변 어디를 가던지 전동 킥보드를 쉽게 찾아볼 수 있다. 또한, 택시나 버스를 이용하기에는 짧고, 걸어가기에는 먼 거리를 이동할 때 가장 효과적으로 갈 수 있는 방법이 전동 킥보드여서 시장과 업체의 규모가 점점 커지고 있다. 위와 같은 이유로 서울에서는 아래의 통계와 같이 공유 킥보드의 대수와 업체가 빠르게 증가하고 있음을 확인할 수 있다.

[ 자료 1. 서울의 공유 전동 킥보드 운행 대수 ]

출처: http://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/958581.html

그러나 이러한 장점들에도 불구하고, 전동 킥보드는 따가운 눈초리를 받고 있다.  전동 킥보드로 인해 발생하는 사고들이 늘어나고 있기 떄문이다. 많은 사람들이 편리하다는 점에서는 동의하지만 안전성에서는 물음표가 존재하는 전동 킥보드. 그중에서도 배터리에 관한 점들을 다뤄보고자 한다.

 

현재 전동 킥보드에 사용중인 배터리 소재의 종류와 성능

현재 전동 킥보드에는 어떠한 배터리가 쓰일까? 널리 사용되는 배터리 소재의 종류와 성능에 대해 알아보자.

1. 납산 배터리(Lead-Acid)

납산 배터리는 일반적인 자동차에 사용되는 배터리로 산업용과 전동용 납산 배터리로 구분된다. 가격이 비교적 저렴하고, 외부 충격으로 파손되어도 화재가 발생하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 무게가 무겁고 부피가 크며 사용기간이 짧다는 단점이 있다. 또한, 과충전으로 인해 배터리의 수명이 빠르게 줄어들게 될 수도 있다. 납산 배터리의 평균적인 수명은 1년 정도이며, 무게는 리튬 배터리의 3~4배 정도 더 나간다.

 

 

 

[자료2. 납산 배터리]

출처: http://evshop.co.kr/goods/goods_view.php?goodsNo=1352&inflow=naver&NaPm=ct%3Dkh1lx86o%7Cci%3D0zK0001cZ%2D1tEzvDJL0B%7Ctr%3Dpla%7Chk%3Df8d8d4c341ea61d25114c9325b5150e6789645d0

 

2. 리튬 배터리

리튬 배터리는 핸드폰 및 전기 자동차에 사용되는 차세대 배터리로 사용 수명이 위에 소개한 납산 배터리에 비해 3배 이상 길며, 높은 에너지 밀도로 인해 부피가 작고 무게가 가볍다는 장점이 있다. 처음 출시되었을 때는 가격이 높았으나, 지속적인 개발을 통해 가격이 많이 인하되었고 안전성 또한 향상되었기 때문에 리튬 배터리의 이용이 점점 늘고 있다. 특히, 요즘 길거리에 보이는 공유 전동 킥보드는 대부분 납산 배터리보다 리튬 배터리를 주 소재로 이용하고 있다. 이러한 리튬 배터리는 크게 리튬 폴리머 전지와 리튬 이온 전지, 그리고 리튬 인산철 전지로 나눌 수 있다. 이 중 가장 안전한 배터리는 리튬 폴리머 전지이지만, 가격이 비싸기 때문에 전동 킥보드에 이용되기에는 무리가 있다. 리튬 이온과 인산철을 이용한 배터리는 건전지 타입으로 되어있는 셀을 여러 개 이어 붙여서 원하는 전압과 출력을 얻는 형태로 만들어진다. 예를 들어, 리튬 이온은 셀당 3.6~3.7V 이므로 10개를 직렬로 연결해서 36V의 전동 킥보드 배터리를 완성시킬 수 있는 것이다.

 

[자료3. 리튬 이온 배터리]

출처: http://nanowheel.co.kr/product/detail.html?product_no=1563&cate_no=166&display_group=1#top

 

전동 킥보드 배터리의 안전성

 전동 킥보드는 가격 부분에서 원가 절감을 위해 값이 저렴한 중국산 리튬 배터리를 사용하는 경우가 빈번하기에 배터리 관련 문제가 자주 발생한다.

[자료4. 전동 킥보드 화재 발생 원인]

출처 : https://www.daejeon.go.kr/dj119/index.do

 킥보드 화재 사건은 10건 중 8건이 충전 도중에 발생하는데 이는 배터리 손상과 관련이 있다. 배터리를 만들 때 과전압으로부터 회로를 보호하는 과전압 보호회로가 들어간다. 휴대폰을 100% 충전했을 때 계속 충전 케이블을 연결해놓아도 화재나 발열 반응이 쉽게 발생하지 않는 이유가 과전압 보호회로 덕분이다. 그러나 전동 킥보드의 경우에는 주행 시에, 공유 전동 킥보드는 더욱이 특정 장소에 두는 것이 아닌 길거리에 주차되어 외부 충격에 쉽게 노출되기 때문에, 배터리에 충격이 가해서 과전압 보호회로에 손상이 가는 경우가 많다. 이렇게 손상된 상태에서 배터리에 80% 이상 충전하면 스트레스 상태가 되는데, 여기에서 100% 이상으로 충전이 될 때 리튬 배터리 내의 양극, 음극 분리막이 파손되고 폭발하여 화재가 발생한다. 공유 전동 킥보드는 업체에서 배터리를 주기적으로 관리하기에 위험성이 덜하지만, 가정용 전동 킥보드의 경우 보통 충전 시 배터리를 분리하여 충전하는데 집 안에는 이불 등 가연성 물질이 많아 더 큰 화재로 이어지기 쉽다. 가정에서는 특히나 충전시간을 엄수해야 한다.

 

향후 전동 킥보드 배터리 개발 방향성

 최근 매우 빠른 속도로 상용화되고 있는 전동 킥보드는 개인의 효용이 있을 뿐 아니라 사회적인 측면에서 큰 이익을 가져올 수 있다. 자가용 이용이 줄어 교통 정체 완화, 주행 시 유해물질이 이산화탄소 배출량이 자가용의 1-2%에 불과하므로 친환경 이동수단으로써 환경보호 등을 실현할 수 있다. 이런 다양한 이점들이 있어 대기업 메르세데스 벤츠, 현대차도 전동 킥보드를 선보였다.

[자료5. 벤츠 e-스쿠터]

출처:　https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=29683541&memberNo=481955&vType=VERTICAL

유명 자동차 회사들이 전동 킥보드, 전기자전거 생산에 동참하며 자동차 제조사를 넘어 ‘종합 모빌리티 기업’으로서의 이미지를 만들고 있는데 이는 유망한 분야인 전기차 배터리와 관련된 사업이기 때문임을 추측할 수 있다.

 디자인 주식회사는 배터리 교환형 충전스테이션, ‘배터리 공유 스테이션’을 개발했다. 이는 전용 충전기 설치대에서 충전이 완료된 배터리 팩을 꺼내 즉각 교체할 수 있어 환경적인 부분과 충전 대기 시간을 단축시켜 효율성을 모두 만족시킨다. MBI, SMK 등 많은 기업들이 E-모빌리티용 배터리 공유 스테이션 사업에 뛰어들고 있다. 배터리팩 한 개에 하나의 충전기가 대응하는 병렬 충전기를 채택해 충전 스테이션에 모듈 탑재 수량을 자유롭게 조절할 수 있도록 만들어졌다.

[자료6. SMK 비 스테이션 배터리 팩]

출처 : http://www.hellot.net/new_hellot/magazine/magazine_read.html?code=203&sub=004&idx=54925

걸어가기에는 조금 멀고, 그렇다고 택시나 버스 등 대중교통을 이용하기에 조금 애매한, 그런 거리를 이동할 때 지속 가능한 모빌리티, 전동 킥보드라는 존재는 가려운 부분을 긁어준다. 전동 킥보드 수요가 계속 증가하고 관련 시장이 무한히 발전하는 이 시점에 배터리는 소형화 및 고효율의 방향으로 나아가야 한다.

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참고문헌

[전동 킥보드에 대한 인식과 상용화]

1)네이버 지식백과, terms.naver.com/entry.nhn?docId=2417179&cid=51399&categoryId=51399

[현재 전동 킥보드에 사용 중인 배터리 소재의 종류와' 성능]

2) 네이버 지식백과,terms.naver.com/entry.nhn?docId=2417178&cid=51399&categoryId=51399

[전동 킥보드 배터리의 안전성]

3) 유가연, "전기자전거, 전동킥보드 '충전 중 배터리 폭발'도 주의하세요, 대전방송, 2020.10.13, www.cmbdj.co.kr/ab-991-17903

4) 배주현, "전동킥보드 배터리 충전, "실내선 위험해요" ",매일신문, 2020.09.16, news.imaeil.com/Society/2020091610323434870

[향후 전동킥보드 배터리 개발 방향성]

5) 테리최, "벤츠 자동차 연동 전동 킥보드 만든다? 디자인과 성능은?", 네이버 블로그, 2020.10.13, m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=29683541&memberNo=481955&vType=VERTICAL

6) 양소희, "인터배터리2020, "가볍고 오래가면서 안전해야" 미래세대 2차전지 경연" ", 오피니언 뉴스, 2020.10.23, www.opinionnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=41969