전기차 기술의 발전과 현재 상황과 미래예측

연구소에서 전기차의 미래를 시전하고 있는 모습

 

서론:
전기차 기술은 환경 친화적이고 지속 가능한 대체 에너지 소스인 전기를 이용하여 자동차를 구동하는 기술입니다. 이 글에서는 여러 방면에서 알아보겠습니다.

 

a1

1. 유래나 기원 또는 역사
전기차의 역사는 가솔린 자동차보다 더 길지만 상용화되기까지는 많은 연구와 개발이 필요했습니다. 1834년 스코틀랜드의 로버트 앤더슨이 최초의 전기차를 발명했습니다. 그 후, 1865년 프랑스의 가스통 플란테와 그의 친구인 카밀 포레가 에너지를 저장할 수 있는 축전기를 만들면서 전기차 개발은 급진전했다. 19세기말부터 전기차 개발이 시작되었으며, 초기에는 배터리 용량과 충전 시간 등의 한계로 상용화되지 못했습니다. 그러나 최근 몇십 년간의 기술 발전과 환경 문제에 대한 관심 증가로 전기차 기술은 급격히 발전하고 있습니다.

2. 구성 및 분야
전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 전기 에너지로부터 얻는 차량을 말하며, 일반적으로 외부에서부터 전기를 충전하여 전기 모터로 구동되는 차량을 말합니다. 배터리에 저장된 전기 에너지는 인버터를 통해 DC에서 AC로 변환되어 모터가 구동됩니다.
전기차 시스템은 전기 모터, 배터리, 제어 시스템 등으로 구성됩니다. 주요 분야로는 버스, 승용차,  화물차 등이 있으며, 전기차 기술은 환경 친화성, 에너지 효율성, 주행 성능 등 다양한 측면에서 혜택을 제공합니다.

3. 세부사항
전기차의 주요 부품은 배터리이며, 이는 기존에 쓰이던 배터리보다 더 크고 무겁습니다.  또한, 수백 개의 리튬이온 셀로 구성되어 있어, 추후 분해가 필요한 부분입니다. 전기차의 주요 구성 요소는 배터리, 인버터, 전기 모터, 충전 시스템 등입니다.
○ 각 항목별 상세내용:
①배터리: 전기차에서 가장 중요한 구성 요소로, 에너지를 저장하고 공급합니다. 리튬 이온 배터리가 주로 사용되며, 용량, 충전 속도, 수명 등이 중요한 요소입니다.

②인버터: 배터리의 직류 전기를 교류로 변환하고 전기 모터를 제어합니다. 효율적인 에너지 변환과 정확한 제어가 필요합니다.

 

③전기 모터: 전기 에너지를 회전 운동으로 변환하여 차량을 구동합니다. 효율적이고 무소음이며, 가속력과 연비 등이 주요 관심사입니다.

④충전 시스템: 배터리를 충전하는 시스템으로, 충전 속도와 충전 인프라의 발전이 중요한 과제입니다.

4. 장단점
장점: 전기차는 탄소 배출이 없는 환경 친화적이고 지속 가능한 대체 에너지를 사용하여 대기 오염과 온실 가스 배출을 줄일 수 있습니다. 또한, 소음 및 진동이 없는 쾌적함 ,전기 모터의 효율성과 가속력이 뛰어나며, 각종 보조금 혜택 및 저렴한 유지비 등이 있습니다.
단점: 충전 인프라의 부족, 배터리 용량, 주행 거리 제약 등의 한계가 있으며, 충전 시간이 상대적으로 길고 충전소 인프라 부족, 높은 구매 배용과 배터리 수명 관리가 필요합니다.

5. 사회적 영향
전기차는 대기 오염과 온실 가스 배출을 감소시키는 환경적 이점을 제공하며, 에너지 자립과 에너지 보안에 기여할 수 있습니다. 또한, 자동차 산업과 관련된 새로운 비즈니스 모델과 산업 생태계의 혁신을 이끌고 있습니다. 전기차는 친환경적이지만, 배터리 제조에 사용되는 재료와 충전 인프라 구축에 따른 인프라 비용, 배터리 폐기 문제 등 여러 가지 사회적 문제가 존재한다.

6. 향후 전망
전기차 기술은 충전 인프라 구축, 배터리 용량 향상, 주행 거리 연장 등의 기술 개발을 통해 지속적인 발전이 예상됩니다. 또한, 인공지능과 연결된 스마트 기술의 발전과 함께 자율주행과의 융합이 진행될 것으로 기대됩니다.
전기차 시장은 2020년 약 200만 대로 2%, 2023년 현재 10% 수준이며, 2024년 13%, 2025년 16%로 예상합니다. 2030년에는 33%까지 상승하고, 2035년에 거의 절반인 49%까지 점유율 상승이 예상됩니다.

7. 개선을 위한 대응과 대처방법
①배터리 기술 개선: 배터리 용량과 충전 속도 개선을 위한 연구와 개발이 필요합니다. 또한, 재활용과 폐기물 처리 등의 환경 측면도 고려되어야 합니다.
②충전 인프라 구축: 전기차 충전 인프라의 확대와 표준화가 필요합니다. 공공 및 민간의 협력과 정책적인 지원이 중요합니다.
③에너지 관리: 에너지 효율성을 개선하기 위한 제어 시스템과 인버터의 연구와 개발이 필요합니다. 또한, 스마트 그리드와의 연계를 통한 에너지 관리가 중요합니다.

8. 활용방법
①개인용 차량: 전기차를 개인용 차량으로 활용하여 일상적인 이동에 사용할 수 있습니다.
②대중교통: 전기 버스와 전기 택시 등 대중교통수단으로 전기차를 활용하여 환경 친화적인 교통 시스템을 구축할 수 있습니다.
③상업용 차량: 화물 운송이나 배달 서비스 등 상업용 차량으로 전기차를 활용하여 환경적인 비즈니스 모델을 구축할 수 있습니다.
전기차는 렌터카로 활용되며, 2030년까지 전 차종을 모두 전기차로 전환할 계획입니다. 또한, 전기차의 폐배터리는 전기자전거나 전기오토바이, ESS나 캠핑용 파워뱅크, 가로등 배터리 등으로 재사용할 수 있다.

9. 2023년 현재 가장 활발하게 연구하고 있는 학교, 교수, 기업

전 세계:

학교:
스탠퍼드 대학교 (Stanford University)
MIT (Massachusetts Institute of Technology)
도쿄 대학교 (The University of Tokyo) : 일본의 전기차 산업 발전을 촉진하고 있습니다.
칭화대학교 : 중국 전기차 발전을 이끈 오우양밍가오 교수가 활발한 연구를 진행하고 있습니다.

교수:
존 미치 (John Mitchell): 존 미치 교수는 스탠퍼드 대학교에서 전기차 분야에서 활발한 연구를 수행하는 교수로 알려져 있습니다. 
앤디 스콧 (Andy Scott): 앤디 스콧 교수는 MIT에서 전기차 분야에서 활발한 연구를 수행하는 교수로 알려져 있습니다.
히로시 나카무라 (Hiroshi Nakamura): 히로시 나카무라 교수는 도쿄 대학교에서 전기차 분야에서 활발한 연구를 수행하는 교수로 알려져 있습니다.
오우양밍가오 교수(칭화대학교)
기업:
테슬라 (Tesla): 테슬라는 전기차 분야에서 혁신적인 기업으로 알려져 있습니다. 경제적인 관점에서 전기차의 개발과 생산에 주력하며, 경제성과 비즈니스 모델의 혁신을 추구하고 있습니다.


국내:

학교:
한국과학기술원 (KAIST)
서울대학교: 서울대 기계공학부 민경덕 교수팀이 전기차 배터리 열관리 개발 프로세스 및 배터리 액침 냉각 시스템을 연구하고 있습니다.
POSTECH (포항공과대학교): POSTECH는 전기차 분야에서 기술적인 성과를 내고 있는 국내 대학 중 하나입니다. 
홍익대학교: 홍익대 기계·시스템디자인공학과 박성진 교수팀이 전기차 배터리 열관리 개발 프로세스 및 배터리 액침 냉각 시스템을 연구하고 있습니다.
박성진 교수(홍익대학교): 전기차 배터리 열관리 개발 프로세스 및 배터리 액침 냉각 시스템을 연구하고 있습니다.

교수:
이승호 교수 (KAIST)

김영수 교수 (POSTECH)

최재영 교수 (서울대학교)
민경덕 교수 (서울대학교): 전기차 배터리 열관리 개발 프로세스 및 배터리 액침 냉각 시스템을 연구하고 있습니다.


기업:
현대자동차그룹: 2030년까지 국내 전기차 분야에 24조 원을 투자하며, 전기차 산업 고도화 등 글로벌 미래 자동차산업 혁신 허브 역할을 강화하고 있습니다.
기아자동차: 2025년에 목적기반차 (PBV) 최초 모델인 SW를 생산할 계획이며, 전기차 전용 공장을 신설하고, 기존 공장은 전기차 전용 라인으로 전환을 추진하고 있습니다.
SK이노베이션: SK이노베이션은 전기차 배터리 분야에서 선도적인 기업 중 하나입니다.
LG에너지설루션·SK온·삼성 SDI: 전기차 성장에 대응하여 투자를 예고하였으며, 투자 규모는 30조 원에 이릅니다.

LG화학 (LG Chem)

결론:
전기차 분야에서는 전 세계적으로 많은 학교, 교수, 기업들이 연구와 개발에 주력하고 있습니다. 이러한 연구와 개발의 결과로 전기차 기술은 경제적인 이점과 환경적인 이점을 동시에 제공하며, 지속 가능한 모빌리티 시스템의 구현을 향해 발전해 나갈 것으로 기대됩니다. 전기차는 환경 친화적인 특성과 더불어 다양한 활용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 배터리 제조 및 폐기와 관련된 문제, 충전 인프라의 부족 등 여러 가지 도전 과제가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전 세계적으로 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 이로서 논문과 학술 자료를 활용하여 전기차 기술의 발전과 현재 상황에 대해 학술적으로 정리하고, 구성 및 분야, 세부사항, 각 항목별 상세내용, 장단점, 사회적 영향과 향후 전망, 개선을 위한 대응과 대처 방법, 활용 방법, 경제적 관점에서 주목받는 학교, 교수, 기업에 대해 알아보았습니다.