2차전지 대체 '미래형 모바일 동력원' 으로
연료속 수소가 산소와 결합 에너지 발생 원리
안전ㆍ소형화 진척…노트북 등 휴대기기 사용
일본 기술 주도속 삼성ㆍLG 상용화 추격 양상
`한번 배터리 충전으로 휴대폰 사용 시간이 최대 3일? 난 재충전 없이 한달 쓴다'
연료전지(fuel cell)가 2차전지를 대체할 차세대 모바일 단말기 동력원으로 주목받고 있다.
메탄올 등 연료에 포함된 수소(H)가 공기 중의 산소(O)와 결합해 전기 에너지를 발생시키는 원리를 이용한 연료전지는 자동차 및 가정, 산업용 보일러 등 중대형급 에너지 대체원으로 활발히 개발돼왔으나, 최근 들어선 휴대폰ㆍ노트북PC 등에 사용되는 리튬 2차 전지의 대안으로도 급부상하고 있는 것.
일명 `마이크로 연료전지(Micro fuel cell)'가 바로 그것이다. 국내외 가전 및 전지업계가 현재 상용화에 사활을 걸고 있는 마이크로 연료전지는 기존 전지시스템의 용량을 한 단계 뛰어넘는 전혀 새로운 발전시스템으로, 그동안 상용화의 걸림돌로 작용됐던 안전성ㆍ가격ㆍ소형화 등의 문제해결이 빠른 진척을 보이면서 이르면 연내에 연료전지를 탑재한 노트북PCㆍ디지털캠코더ㆍ휴대전화기 등이 쏟아져 나올 전망이다.
◇미래형 모바일 동력원〓최근 노트북PCㆍ휴대폰의 고성능화와 컬러화, 카메라 모듈 탑재 등으로 전력 소모량이 급격히 늘어나면서 전지 용량이 제품 성능을 좌우하는 최대 관건으로 대두되고 있다. 여기에 IMT―2000 및 휴대용 DMB(디지털멀티미디어방송) 서비스 등 첨단 멀티미디어 모바일 서비스가 본격화되기 위해선 기존 2차전지를 능가하는 전혀 새로운 전원공급장치에 대한 필요성도 높아지고 있는 상황이다.
마이크로 연료전지란 휴대폰ㆍ노트북PC 등 휴대용 기기에 사용될 수 있는 소형 연료전지 시스템으로, 기존 2차 전지를 대체할 가장 유력한 에너지원으로 주목받고 있다.
물론 현재 노트북PC와 휴대폰의 전원장치로 일반화된 리튬이온전지도 신소재 개발 등을 통해 초기에 비해 용량이 크게 개선되고 있다. 그러나 제한된 배터리 사이즈에선 급격히 늘고 있는 전원 소모량을 따라잡기엔 역부족인데다, 재충전 속도가 느리고 폭발 위험성 등으로 사용하는데 여러모로 불편한 점이 적지 않다는 지적을 받고 있다.
이에 반해 마이크로 연료전지는 에너지 밀도가 기존 리튬이온전지보다 훨씬 높아 사용시간이 6∼10배 가량 긴데다, 재충전할 필요가 없이 카트리지 형태로 용기를 교환해주기만 하면 거의 무제한적으로 사용할 수 있다. 여기에 풍부한 친환경 자원을 사용함으로써 기존 2차전지의 단점으로 지적돼왔던 폐기 시 환경 오염문제를 미연에 방지할 수 있어, 기술 및 가격의 안정화만 이룬다면 현재의 2차전지를 급속히 대체할 것이란 게 전문가들의 진단이다.
특히 신소재 및 대체공법 개발에 힘입어 그간 상용화의 걸림돌인 안전성ㆍ가격ㆍ소형화 등의 문제 해결이 빠른 진척을 보이면서 당초 2007년 이후로 예상됐던 마이크로 연료전지 상용화 일정이 더욱 앞당겨질 전망이다.
◇세계 개발동향〓마이크로 연료전지 분야의 R&D를 주도하고 있는 국가는 단연 일본이다. 도시바ㆍNECㆍ히다찌ㆍ소니 등 현지 가전업체들은 지난 2002년부터 일찌감치 마이크로 연료전지가 탑재된 노트북ㆍPDA 등의 시제품을 잇따라 개발완료하고, 막바지 실용화 연구를 거쳐 빠르면 올해부터 본격적인 사업화에 나설 방침이다.
NEC는 카본나노튜브를 전극으로 이용한 마이크로 연료전지 시제품을 개발했으며, 카시오컴퓨터는 실리콘웨이퍼 디바이스를 활용한 독자적인 소형 고성능 연료전지를 탑재한 노트북을 선보인 바 있다. 이외에 소니는 지난 2002년에 탄소계 재료인 플러렌을 채용한 새로운 연료전지 시제품을 발표했으며, 히다찌와 도시바도 PDAㆍ노트북PC 등에 사용할 수 있는 직접메탄올(DMFC) 방식의 소형 연료전지를 개발했다.
미국의 경우, 맨해튼 사이언티픽스, 모토로라, 미케니컬 테크놀로지(MTI)사를 중심으로 휴대용 연료전지를 개발하고 있다. 세계 최초로 휴대용 연료전지 개발을 시도한 맨해튼 사이언티픽스사는 휴대전화 케이스 자체에 연료전지를 장착해 충전기로 사용할 수 있는 시제품을 선보였으며, 모토로라는 로스알라모스연구소와 더불어 잉크 카트리지형의 연료를 이용한 메탄올 연료전지를 개발했다. 이외에 폴리퓨얼사는 휴대형 전자기기용 DMFC 전원을 개발했으며, 메디스사는 직접 에탄올 연료전지를 군수용 휴대형 전지 충전기 용도로 개발했다.
국내에선 한국에너지기술연구원을 비롯해 삼성종합기술원ㆍLG화학 등 대기업 연구소와 SKㆍLG칼텍스정유 등 유화업계, 그리고 와우텍ㆍ세티ㆍ퓨어셀파워 등 연료전지 전문 업체들이 이르면 2005년 상용화를 목표로 앞다퉈 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
삼성종합기술원은 삼성SDI와 공동으로 메탄올 용액 100㏄로 노트북PC를 10시간 가량 구동할 수 있는 노트북용 DMFC 방식의 연료전지를 개발한데 이어 DMFC보다 효율이 높고 순간 출력이 강해 가전 제품과 자동차에 사용할 수 있는 고분자전해질연료전지(PEMFC) 개발에도 박차를 가하고 있다.
LG화학도 내년까지 상용화가 가능한 연료전지를 개발한다는 목표로 3년 전부터 국책과제의 일환으로 휴대형 연료전지 개발 프로젝트를 진행 중이며, 이르면 2006년부터 마이크로 연료전지 및 관련 소재를 생산할 계획이다.
이외에 벤처기업인 세티도 LG칼텍스정유 및 독일 프라운 호퍼 연구소와 공동으로 2년간의 개발기간을 거쳐 지난해 노트북용 PEMF 시제품을 개발ㆍ선보였으며, 셀텍도 기존 리튬이온전지에 비해 용량이 최대 10배에 이르는 아연공기연료전지를 개발했다.
영국 ABI(Allied Business Intelligence)에 따르면, 마이크로 연료전지 시장은 내년 2000대 규모로 시작돼 기존 2차전지 시장을 급속히 대체하며 2012년경엔 1억2000대 규모로 늘어날 것으로 예측된다. 특히 2012년엔 기존 노트북PC의 최대 15% 가량이 마이크로 연료전지를 탑재할 것이라고 ABI 측은 내다봤다.
업계의 한 관계자는 "현재 국내 마이크로 연료전지 기술 수준이 외국에 비해 크게 뒤쳐진 것이 사실이지만, 최근 R&D 주도권이 연구소에서 가전 및 2차전지 업계로 이전되는 등 나름대로 실용 기술 개발작업이 급진전되고 있어, 향후 2∼3년안엔 선진국 수준을 따라잡을 수 있을 것"이라고 전망했다.
연료속 수소가 산소와 결합 에너지 발생 원리
안전ㆍ소형화 진척…노트북 등 휴대기기 사용
일본 기술 주도속 삼성ㆍLG 상용화 추격 양상
`한번 배터리 충전으로 휴대폰 사용 시간이 최대 3일? 난 재충전 없이 한달 쓴다'
연료전지(fuel cell)가 2차전지를 대체할 차세대 모바일 단말기 동력원으로 주목받고 있다.
메탄올 등 연료에 포함된 수소(H)가 공기 중의 산소(O)와 결합해 전기 에너지를 발생시키는 원리를 이용한 연료전지는 자동차 및 가정, 산업용 보일러 등 중대형급 에너지 대체원으로 활발히 개발돼왔으나, 최근 들어선 휴대폰ㆍ노트북PC 등에 사용되는 리튬 2차 전지의 대안으로도 급부상하고 있는 것.
일명 `마이크로 연료전지(Micro fuel cell)'가 바로 그것이다. 국내외 가전 및 전지업계가 현재 상용화에 사활을 걸고 있는 마이크로 연료전지는 기존 전지시스템의 용량을 한 단계 뛰어넘는 전혀 새로운 발전시스템으로, 그동안 상용화의 걸림돌로 작용됐던 안전성ㆍ가격ㆍ소형화 등의 문제해결이 빠른 진척을 보이면서 이르면 연내에 연료전지를 탑재한 노트북PCㆍ디지털캠코더ㆍ휴대전화기 등이 쏟아져 나올 전망이다.
◇미래형 모바일 동력원〓최근 노트북PCㆍ휴대폰의 고성능화와 컬러화, 카메라 모듈 탑재 등으로 전력 소모량이 급격히 늘어나면서 전지 용량이 제품 성능을 좌우하는 최대 관건으로 대두되고 있다. 여기에 IMT―2000 및 휴대용 DMB(디지털멀티미디어방송) 서비스 등 첨단 멀티미디어 모바일 서비스가 본격화되기 위해선 기존 2차전지를 능가하는 전혀 새로운 전원공급장치에 대한 필요성도 높아지고 있는 상황이다.
마이크로 연료전지란 휴대폰ㆍ노트북PC 등 휴대용 기기에 사용될 수 있는 소형 연료전지 시스템으로, 기존 2차 전지를 대체할 가장 유력한 에너지원으로 주목받고 있다.
물론 현재 노트북PC와 휴대폰의 전원장치로 일반화된 리튬이온전지도 신소재 개발 등을 통해 초기에 비해 용량이 크게 개선되고 있다. 그러나 제한된 배터리 사이즈에선 급격히 늘고 있는 전원 소모량을 따라잡기엔 역부족인데다, 재충전 속도가 느리고 폭발 위험성 등으로 사용하는데 여러모로 불편한 점이 적지 않다는 지적을 받고 있다.
이에 반해 마이크로 연료전지는 에너지 밀도가 기존 리튬이온전지보다 훨씬 높아 사용시간이 6∼10배 가량 긴데다, 재충전할 필요가 없이 카트리지 형태로 용기를 교환해주기만 하면 거의 무제한적으로 사용할 수 있다. 여기에 풍부한 친환경 자원을 사용함으로써 기존 2차전지의 단점으로 지적돼왔던 폐기 시 환경 오염문제를 미연에 방지할 수 있어, 기술 및 가격의 안정화만 이룬다면 현재의 2차전지를 급속히 대체할 것이란 게 전문가들의 진단이다.
특히 신소재 및 대체공법 개발에 힘입어 그간 상용화의 걸림돌인 안전성ㆍ가격ㆍ소형화 등의 문제 해결이 빠른 진척을 보이면서 당초 2007년 이후로 예상됐던 마이크로 연료전지 상용화 일정이 더욱 앞당겨질 전망이다.
◇세계 개발동향〓마이크로 연료전지 분야의 R&D를 주도하고 있는 국가는 단연 일본이다. 도시바ㆍNECㆍ히다찌ㆍ소니 등 현지 가전업체들은 지난 2002년부터 일찌감치 마이크로 연료전지가 탑재된 노트북ㆍPDA 등의 시제품을 잇따라 개발완료하고, 막바지 실용화 연구를 거쳐 빠르면 올해부터 본격적인 사업화에 나설 방침이다.
NEC는 카본나노튜브를 전극으로 이용한 마이크로 연료전지 시제품을 개발했으며, 카시오컴퓨터는 실리콘웨이퍼 디바이스를 활용한 독자적인 소형 고성능 연료전지를 탑재한 노트북을 선보인 바 있다. 이외에 소니는 지난 2002년에 탄소계 재료인 플러렌을 채용한 새로운 연료전지 시제품을 발표했으며, 히다찌와 도시바도 PDAㆍ노트북PC 등에 사용할 수 있는 직접메탄올(DMFC) 방식의 소형 연료전지를 개발했다.
미국의 경우, 맨해튼 사이언티픽스, 모토로라, 미케니컬 테크놀로지(MTI)사를 중심으로 휴대용 연료전지를 개발하고 있다. 세계 최초로 휴대용 연료전지 개발을 시도한 맨해튼 사이언티픽스사는 휴대전화 케이스 자체에 연료전지를 장착해 충전기로 사용할 수 있는 시제품을 선보였으며, 모토로라는 로스알라모스연구소와 더불어 잉크 카트리지형의 연료를 이용한 메탄올 연료전지를 개발했다. 이외에 폴리퓨얼사는 휴대형 전자기기용 DMFC 전원을 개발했으며, 메디스사는 직접 에탄올 연료전지를 군수용 휴대형 전지 충전기 용도로 개발했다.
국내에선 한국에너지기술연구원을 비롯해 삼성종합기술원ㆍLG화학 등 대기업 연구소와 SKㆍLG칼텍스정유 등 유화업계, 그리고 와우텍ㆍ세티ㆍ퓨어셀파워 등 연료전지 전문 업체들이 이르면 2005년 상용화를 목표로 앞다퉈 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
삼성종합기술원은 삼성SDI와 공동으로 메탄올 용액 100㏄로 노트북PC를 10시간 가량 구동할 수 있는 노트북용 DMFC 방식의 연료전지를 개발한데 이어 DMFC보다 효율이 높고 순간 출력이 강해 가전 제품과 자동차에 사용할 수 있는 고분자전해질연료전지(PEMFC) 개발에도 박차를 가하고 있다.
LG화학도 내년까지 상용화가 가능한 연료전지를 개발한다는 목표로 3년 전부터 국책과제의 일환으로 휴대형 연료전지 개발 프로젝트를 진행 중이며, 이르면 2006년부터 마이크로 연료전지 및 관련 소재를 생산할 계획이다.
이외에 벤처기업인 세티도 LG칼텍스정유 및 독일 프라운 호퍼 연구소와 공동으로 2년간의 개발기간을 거쳐 지난해 노트북용 PEMF 시제품을 개발ㆍ선보였으며, 셀텍도 기존 리튬이온전지에 비해 용량이 최대 10배에 이르는 아연공기연료전지를 개발했다.
영국 ABI(Allied Business Intelligence)에 따르면, 마이크로 연료전지 시장은 내년 2000대 규모로 시작돼 기존 2차전지 시장을 급속히 대체하며 2012년경엔 1억2000대 규모로 늘어날 것으로 예측된다. 특히 2012년엔 기존 노트북PC의 최대 15% 가량이 마이크로 연료전지를 탑재할 것이라고 ABI 측은 내다봤다.
업계의 한 관계자는 "현재 국내 마이크로 연료전지 기술 수준이 외국에 비해 크게 뒤쳐진 것이 사실이지만, 최근 R&D 주도권이 연구소에서 가전 및 2차전지 업계로 이전되는 등 나름대로 실용 기술 개발작업이 급진전되고 있어, 향후 2∼3년안엔 선진국 수준을 따라잡을 수 있을 것"이라고 전망했다.
