[재미있는 원자력] 전기자동차의 필수 기술, 원자력/박승일 원자력硏 중성자과학연구센터 책임연구원

입력 : ㅣ 수정 : 2017-09-05 01:39

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박승일 원자력硏 중성자과학연구센터 책임연구원
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▲ 박승일 원자력硏 중성자과학연구센터 책임연구원

최근 국내에서도 판매를 시작한 테슬라의 전기자동차 모델S는 가격이 1억원이 넘는다. 고가에도 불구하고 날개 돋친 듯 팔려 나가고 있다. 이에 기존 내연기관 자동차를 개발하던 기업들도 경쟁력 있는 전기차를 속속 출시하고 있다.

사실 전기차는 최근에 등장한 것 같지만 역사는 상당히 오래됐다. 자동차 역사의 초창기엔 시장 주도권을 두고 이미 내연기관과 격돌했으며, 1990년대 말에는 제너럴모터스(GM)가 전기차 EV1를 선보이기도 했다.

그러나 전기차가 내연기관 자동차와 경쟁에서 진 이유는 바로 배터리 때문이었다. 기존 배터리는 납 때문에 환경에 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 전기를 많이 저장하지 못하면서도 몹시 무겁다는 치명적인 단점이 있었다.

다행히 리튬이온 배터리 기술의 발전으로 배터리의 부피는 작아지고 저장 용량은 한층 커졌다. 그 덕분에 전기차가 도로로 다시 돌아오게 됐다. 하지만 배터리의 가격은 여전히 비싼 편이라 정부나 지방자치단체로부터 보조금을 받지 않으면 전기차가 가격 경쟁력을 갖기는 쉽지 않다.

이를 잘 아는 테슬라는 배터리의 효율 및 수명을 개선하는 등 경제성 확보를 위해 캐나다 댈하우지대학의 제프 단 교수와 손잡고 배터리 연구에 나섰다. 단 교수는 배터리 분야에서 세계적인 권위자로 배터리를 충·방전할 때 분자 단위에서 어떤 변화가 일어나는지를 관찰하고, 배터리에 들어가는 물질을 개량함으로써 상당한 성과를 거두었다.

단 교수가 연구에 사용하는 도구는 ‘중성자’다. 중성자는 물질 내부를 손쉽게 투과하면서 구성 물질의 정보를 갖고 나온다. 이 정보를 이용하면 배터리를 이루고 있는 물질의 원자 배열이나 리튬이온의 이동 경로를 눈으로 보듯 알 수 있다.

중성자는 보통 핵분열 반응이 왕성한 대형 연구용 원자로나 인위적으로 핵반응을 일으킬 수 있는 커다란 가속기를 통해 만들어진다. 연구자들은 여기에 ‘중성자 산란장치’라는 과학 장비를 설치, 운영함으로써 다양한 물질의 내부 구조를 자세히 연구한다.

최근에는 배터리뿐만 아니라 금속, 초전도체, 태양전지 등 각종 재료 연구에도 중성자를 유용하게 활용한다. 또 태양광, 풍력 등 날씨의 영향을 많이 받는 신재생에너지 분야에서도 배터리의 효율을 높이는 데 중성자를 사용한다.

테슬라 같은 기업 외에도 전 세계는 국가 차원의 배터리 연구를 진행하고 있다. 일본의 라이징 배터리 프로젝트, 미국의 배터리500 프로젝트, 독일의 엑설런트 배터리 프로그램 등이 그것이다. 이를 통한 성과가 국가의 에너지정책에 미치는 영향은 상당히 커질 것이다. 국내에서도 배터리 연구가 활발하게 이뤄지고 있는 만큼 중성자의 활약도 더욱 기대해 본다.
2017-09-05 29면
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