토요타가 이번에 아쿠아의 신형 모델을 출시했다 . 아쿠아는 국내에서도 ‘프리우스 C’라는 이름으로 판매되고 있으며 , 일본에서는 판매 상위권을 놓치지 않는 인기 모델이다 . 시대가 변하고 풀 체인지를 단행해도 여전히 하이브리드 파워트레인을 탑재하고 있지만 , 이번에는 사정이 다르다 . 엔진의 열효율을 높인 것은 물론 새로운 배터리도 탑재했기 때문이다 . 특히 새로 탑재한 배터리에 주목해야 한다 .
토요타가 신형 아쿠아에 탑재한 배터리는 고출력 ‘바이폴라 니켈 수소 배터리 (bipolar nickel-hydrogen batteries)’다 . 본래 토요타는 프리우스를 비롯한 하이브리드 모델에 ‘니켈 수소 배터리 ’를 사용해 왔지만 , 시대가 변하면서 리튬 이온 배터리가 더 주목을 받게 되었다 . 그래서 최근에는 프리우스도 리튬 이온 배터리를 탑재하고 있는 중인데 , 그 와중에 새로운 형태의 니켈 수소 배터리가 등장한 것이다 .
그렇다면 바이폴라는 기존의 배터리와 어떻게 다를까 ? 양극과 음극의 위치에 그 비밀이 있다 . 기존의 니켈 배터리는 구역을 확실히 나누고 , 한 구역마다 완벽하게 나누어진 양극과 음극을 갖고 그 극마다 집전체를 추가했다 . 이렇게 되면 셀 크기 자체가 커지고 , 전기 효율에서도 손해를 보게 된다 . 바이폴라는 구조가 완벽하게 다른데 , 한 장의 집전체 (collector)에 양극과 음극이 무도 붙어있다 . 한마디로 집전체의 양쪽 면을 이용하는 것이다 .
이론 자체는 간단하지만 , 실현하기는 꽤 힘들다 . 토요타 자동 직기에서 수 많은 배터리를 만들고 개발하면서 익힌 노하우가 있기에 가능한 것이다 . 바이폴라 니켈 수소 배터리 관련 특허는 약 540건에 달하며 , 그 중 토요타 자동 직기가 340건 , 토요타 자동차가 70건을 갖고 있다 . 배터리는 일본 아이치현에 있는 토요타 직기 공장에서 생산하고 있다 .
어쨌든 , 바이폴라 배터리를 탑재한 결과 , 배터리 용량을 기존의 2배가 넘게 확보할 수 있었다고 한다 . 바이폴라 구조만으로 셀 당 기본 출력이 1.5배 높아졌으며 , 크기가 작아졌기 때문에 기존 베터리 팩의 크기는 그대로 유지하면서 셀을 더 많이 적용할 수 있었다 . 기존 아쿠아에 적용된 셀은 120개였지만 , 신형 아쿠아는 같은 크기에서 168개의 셀을 가진다 . 신형 아쿠아에 전기를 끌어다 쓸 수 있는 가정용 플러그를 적용할 만 하다 .
한 가지 더 희망적인 소식이 있다 . 지금은 니켈 수소 배터리에 이 기술을 적용했지만 , 리튬 이온 배터리도 기본 구조는 동일하기 때문에 ‘바이폴라 리튬 이온 배터리 ’가 등장할 가능성도 높다 . 그렇게 되면 , 기존의 전기차와 배터리 크기는 동일하면서 주행거리는 2배를 확보한 새로운 전기차가 등장할 가능성도 높다 . 어쩌면 토요타 전기차의 시대는 생각보다 빠르게 전개되는 것이 아닐까 ? 이 새로운 배터리를 다른 업체들은 어떻게 보고 있을까 ?
글 | 유일한 기자