휴대전화부터 자동차까지… 무선충전 기술 어디까지 왔나

전자제품 등에 달린 거추장스러운 케이블을 잘라 버리고 싶은 것은 비단 소비자뿐만이 아니다. 케이블을 없애면 그만큼 제품을 사용하는 공간적 제한을 없앨 수 있다. 이런 까닭에 전자업계는 블루투스부터 근거리 무선 통신, 무선 인터넷 통신 등을 개발해 왔고 덕분에 최근 가정집과 사무실에는 너저분한 선들이 많이 사라졌다.

하지만 유독 개발이 더딘 부분이 있다. 전원을 공급하는 전원부다. 여전히 대부분의 가정용 전자 기기는 전원선이 닫는 거리에서만 이용할 수 있었다. 세탁기나 대형 TV, 냉장고 등처럼 붙박이로 제 구실을 하는 것들은 불편함이 덜하지만, 진공청소기나 선풍기처럼 자주 옮겨 다니는 물건은 불편하기 그지없다. 충전기를 꽂는 것이 일상이 돼 버린 스마트폰도 마찬가지다. 최근 고성능 2차전지(충전식 배터리)의 발전으로 갈증이 다소 해소되는 듯하지만 여전히 한정된 배터리 용량과 충전의 번거로움이 발목을 잡는다.

이런 배경에서 최근 주목받는 것이 무선충전 기술이다. 아직은 초기화 단계인 무선충전 기술이 상용화되면 우선 스마트폰과 노트북 등 모바일기기의 배터리 부족 문제를 말끔히 해결할 수 있다. 청소기, 선풍기 등 생활가전제품에 적용되면 일부러 콘센트를 찾아 다닐 필요가 없어진다. 걸림돌인 전기자동차의 충전 문제도 말끔히 해결할 수 있다.

무선으로 전기를 전송한다는 아이디어를 처음 낸 것은 1890년 당시 에디슨과 쌍벽을 이루던 크로아티아 출신 물리학자 니콜라 테슬라다. 그는 지상 29m 높이의 뉴욕 워든클리프 타워에서 무선으로 전력을 보내는 실험을 했다. 실험은 실패했지만 그의 아이디어는 후학들에게 소중한 자산이 됐다.

현재 무선충전 기술은 어디까지 왔을까. 냉정하게 이야기하면 아직은 초기 단계다. 최근 연구되는 기술은 방법에 따라 크게 전자기유도 방식, 근거리 자기공명 방식, 전자기파 방식 등으로 나눌 수 있다. 이 중 최근 가장 주목받는 것은 전자기 유도 방식과 자기공명 방식이다.

전자기유도 방식은 전류가 흐르면서 생긴 자기장이 새로운 전류를 만드는 원리다. 이 기술은 충전 패드의 전원을 켜면 충전 패드의 코일에서 자기장이 발생하는데 이 자기장으로 전자기기에 내장된 코일에서 유도 전류를 만들어 배터리를 충전하는 방식이다. 전력 전송 효율이 90% 이상에 달하고 인체에 해가 없다.

하지만 전기를 전송하는 거리가 몇 ㎝로 너무 짧은 것이 결정적인 단점이다. 충전을 하려면 전원이 연결된 패드 위에 올려 놔야 한다. 해당 기술은 전원부가 습기에 노출되면 감전 등의 사고가 나기 쉬운 전동칫솔 등에서는 이미 상용화되고 있다. 하지만 편리성 측면에서 보면 전원선을 직접 꽂는 수고로움이 사라졌다는 점 외에는 별로 나아진 것이 없다.

전자기 유도 방식의 단점을 보완하고자 연구 중인 기술이 자기공명 방식이다. 기본적인 원리는 전자기 유도 방식과 유사하지만 송신부 코일에서 자기장을 생성해 같은 주파수를 가진 수신부 코일에만 전력을 전달한다는 점이 다르다. 송신부와 수신부 사이에 장애물이 있어도 전기를 전송할 수 있는데 몇 m 떨어진 곳까지 무선으로 전기를 보낼 수 있다. 하나의 무선 충전기에 여러 대의 기기를 연결할 수 있어 사용자 입장에선 무선 멀티 탭을 쓰는 듯한 편리함을 느낄 수 있다.

단, 거리가 멀수록 효율이 떨어진다. 현재 전송 효율은 2m가량 떨어진 거리에서 50% 정도의 전기를 보낼 수 있다. 삼성과 LG 등 국내 업체들이 최근 연구 중인 기술도 이 방식이다. 한편 내년 초 미국 뉴욕의 워싱턴 스퀘어 공원에는 해당 기술을 맨홀에 부착한 전기자동차용 무선 충전기가 설치된다.

획기적이지만 위험한 방식도 있다. 대표적으로 전자기파 방식은 수십 ㎞ 떨어진 곳까지 수십 ㎾의 전기를 무선으로 보낼 수 있다. 송신부에서 전자기파를 발생시키면 수신부에서는 안테나와 정류기를 조합한 렉테나가 전자기파를 받아 전력으로 변환시킨다. 제대로 개발만 된다면 인공위성에서 모은 태양력 에너지를 지상으로 단박에 보낼 수 있는 획기적인 시대가 열린다. 미국 나사(NASA)는 이미 1970년대에 30㎾의 전력을 1.4㎞ 떨어진 곳에 전송하는 데 성공했다. 하지만 전송 과정에서 손실되는 전기가 많고 결정적으로 인체에 해롭다는 단점이 걸림돌이다.

관련 업계에서는 무선 충전 사업을 대표적인 블루오션으로 꼽는다. 시장조사 업체 IMS 리서치는 2012년부터 2021년까지 10년간 무선충전기 시장의 연평균 성장률을 70% 이상으로 내다봤다. 국내 업체들도 분주하다. 특히 삼성전기는 지난해부터 유수의 스마트폰 업체에 전자기유도 방식의 무선충전모듈을 공급 중이다. 지난달에는 세계적인 무선충전 전문 벤처기업인 파워바이프록시와 특허사용 계약을 맺고 공동 개발을 추진할 계획이다.

삼성전기 관계자는 “무선 충전 기술은 소비자에게 편리함을 제공하는 동시에 대표적인 그린 산업”이라면서 “대표적인 신수종사업인 만큼 이미 확보한 다양한 무선충전 원천기술 특허와 추가 연구 등을 통해 수익을 창출할 계획”이라고 말했다.

유영규 기자 whoami@seoul.co.kr