[한스경제=권선형 기자]  기기들마다 요구하는 배터리의 크기, 사용시간, 용도가 다르기에 종류도 상당히 다양하다. 그래서 업계에서는 형태에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 분류해 생산하고 있다. 원통형, 각형, 파우치형은 배터리라는 건 같지만 각자 다른 특성이 있다. 예를 들어 원통형은 규격제품으로 대량생산이 가능해 높은 생산성과 낮은 가격이 장점이다. 반면 규격제품이기 때문에 원하는 형태로 가공하기 쉽지 않은 단점이 있다.

원하는 형태로 생산이 쉬운 파우치형은 크기와 용량을 자유자재로 바꿀 수 있는 장점은 있지만, 상대적으로 대량 생산에는 적합하지 않을 수 있다. 생산성과 가격 면에서 원통형과 비교해 경쟁력이 높지 않다. 이렇게 세 가지 배터리는 범용성, 생산성, 가격뿐만 아니라 출력, 안전성, 가공성에서 각각 다른 특성을 갖고 있다.

◆ 작지만 힘이 센, 원통형 배터리

일반적으로 ‘배터리’하면 AA건전지를 떠올린다. 이 AA건전지가 바로 원통형 배터리다. 세계 최초로 양산한 리튬이온 배터리 역시 원통형 배터리로 역사가 가장 오래된 형태라 할 수 있다.

원통형 배터리는 사이즈가 작은 것이 특징이다. 과거에는 주로 소형 IT 기기에 사용됐지만, 고용량과 고에너지가 특징이어서 순간적으로 높은 에너지 출력이 필요한 제품에도 많이 사용되고 있다. 원통형 배터리가 들어가는 대표적인 기기는 전동공구, 로봇청소기, 정원공구 등을 들 수 있다. 순간적으로 큰 힘을 내야하기 때문이다. 특히 전동공구는 콘크리트를 뚫거나 나무를 자르거나 금속을 가는 용도로 사용하기 때문에 배터리도 순간적으로 강한 힘을 내는 고출력이어야 하고 작업자가 오랜 시간 사용할 수 있도록 고용량과 긴 수명이 요구된다. 또한 전동공구는 안전성도 매우 중요하게 고려돼야 한다. 진동에 강해야 하고 갑작스러운 고전류로 부하가 걸리더라도 불꽃이 튀거나 사용자에게 불편한 상황이 벌어지지 않도록 제어돼야 한다. 원통형 배터리는 이러한 요구조건에 부합해 오래도록 사용되고 있다.

원통형 배터리의 또 다른 특징으로는 규격화된 사이즈다. 규격제품이 사용됨에 따라 범용성이 넓은 것은 배터리로서 큰 장점이다. 한 번에 많은 양을 생산할 수 있어 가격이 상대적으로 저렴하기 때문이다. 다만 원통형 배터리의 외관 구조상 여러 개의 배터리를 묶어서 사용하는 경우 배터리 사이에 생기는 빈 공간 때문에 용량과 에너지밀도가 떨어지기도 한다.

◆ 외부 충격과 열에 강한 각형 배터리

외형이 사각형인 각형 배터리는 알루미늄을 외장으로 사용한 캔 모양의 배터리다. 각형 배터리는 원통형 배터리에 비해 두껍고 파우치형에 비해 외부 충격에 강한 특징을 갖고 있다.

요즘 각형 배터리하면 전기자동차에 들어가는 손바닥보다 큰 배터리를 떠올리곤 한다. 처음 등장했을 때는 이 크기보다 훨씬 작았다. 들고 다니는 핸드폰에 들어가야 했기 때문이다. 각형 배터리는 핸드폰의 슬림화를 이끈 주역이다. 1983년 핸드폰이 처음 등장했을 때는 벽돌폰이라 불릴 정도로 크기가 매우 컸다. 기술이 발전하면서 핸드폰은 한 손에 들어갈 정도로 작아졌고 배터리 기술도 발전했다.

1990년대 중반까지 핸드폰에 들어간 배터리는 니켈수소 배터리였다. 그런데 혜성과 같이 등장한 리튬이온 배터리로 교체되면서 핸드폰은 비로소 얇고 가벼워질 수 있었다. 당시 핸드폰 배터리는 착탈식으로 교환이 가능했다. 특히 활약한 건 삼성의 로고가 박힌 각형 배터리였다.

각형 배터리의 인기는 핸드폰에만 머무르지 않았다. 배터리 기술이 더 발전하면서 슬림 노트북에도 채용돼 인기를 끌었다. 하지만 슬림한 디자인을 갖춘 스마트기기의 등장과 함께 각형 배터리 인기도 점차 사라졌다. 대표적으로 스마트폰이 등장해 각형 배터리에 큰 타격을 줬다. 모양과 크기를 자유롭게 선택할 수 있는 배터리에 대한 요구가 높아지면서 인기를 파우치형 배터리에게 넘겨줘야 했다. 그렇다고 각형 배터리가 사라진 것은 아니다. 최근 각형 배터리는 전기자동차용으로 변모해 과거의 영광을 되찾으려 노력하고 있다.

전기자동차는 안전을 최우선으로 한다. 알루미늄캔으로 이뤄진 각형 배터리는 구조적 안전성이 높고 열 방출이 좋아 전기자동차용으로 안성맞춤이라는 평가를 받고 있다. 또한 내부의 가스를 배출하는 벤트(vent)나 특정 전류가 흐를 때 회로를 끊어버리는 퓨즈(fuse) 등 각종 안전장치가 있는 것도 큰 장점이다. 각형 배터리는 향후 배터리의 묶음 형태인 모듈과 팩이 없어지고, 전기자동차에 바로 배터리를 장착하는 형태인 CTC(Cell to Car·Chassis)가 실현됐을 때 유리한 고지를 점할 수 있다.

◆ 크기와 용량이 자유자재인 파우치형 배터리

파우치형 배터리는 원통형이나 각형의 금속 외관과는 다르게 과자 봉지와 같이 맨들맨들하고 빛이 반사되는 얇은 필름 소재로 둘러싸인 외관을 하고 있다. 이러한 외관소재의 특성으로 얇고 넓은 배터리를 만들 수 있어 원하는 형태로 가공하기 쉬운 장점을 갖추고 있다. 그뿐만 아니라 공간 효율이 높아 에너지 밀도를 높일 수도 있다.

파우치형 배터리는 무게가 상대적으로 가볍고 사이즈와 용량을 쉽게 바꿀 수 있는 특징으로 슬림한 IT 기기에 우선적으로 채용됐다. 파우치형 배터리가 탑재된 스마트폰, 태블릿PC 등 IT 기기는 기존 두께의 한계를 극복해 소비자들의 관심을 받으며 판매가 크게 늘었다.

파우치형 배터리는 여전히 다양한 IT 기기에 광범위하게 사용되고 있으며 최근에는 전기자동차에도 탑재되고 있어 활용 분야가 점점 늘어날 것으로 전망된다. 파우치형 배터리는 IT 기기에 보통 10개미만 수준으로 사용되는 반면, 전기자동차에는 수백 개가 탑재돼 안전성 확보가 무엇보다 중요하다. 특히 외부 충격에 약해 모듈이나 팩으로 구성할 경우 이를 보완하는 기술이 필요해 상대적으로 비용이 높아진다.

권선형 기자 peter@sporbiz.co.kr