‘와이파이 존’처럼 ‘무선충전 존’ 나온다

자기공명 방식 이용, 근거리 충전기술 개발

 

"스마트폰 배터리가 떨어졌어. 급하게 연락 오기로 한 곳이 있는데 어쩌지?"

"저기 무선충전이 가능한 커피 전문점이 있네. 차 한잔할 겸 잠깐 들어가자."

커피 전문점으로 들어간 두 사람은 커피를 주문한 뒤 휴대전화를 탁자 위로 꺼냈다.

곧바로 '충전 중'이라는 글자가 액정에 나타났다.

30여 분이 지나자 휴대전화에는 '충전 100%'라는 표시가 떴다.

무선랜(와이파이) 지역에서 인터넷에 접속할 수 있듯이 '무선충전 지역'에서 자동으로 휴대기기를 충전할 수 있는 시대가 올 것으로 기대된다.

전원을 연결하지 않아도 전자기기의 배터리를 충전할 수 있는 기술이 하루가 다르게 진화하고 있기 때문이다.

 

○ 자기공명 방식 연구 경쟁

시중에서 판매되는 무선충전기기는 대부분 '전자기 유도 방식'을 이용한다.

전자기기에 자기장을 걸어 주면 전류가 만들어지는 원리다.

하지만 충전 거리가 수 mm에 불과해 충전하려면 전원에 가까이 놓아야 만 하는 한계가 있다.

과학계에서는 먼 거리에서도 충전이 되도록 하는 연구가 한창이다.

최근 주목받고 있는 무선충전 기술은 자기공명 방식이다.

2007년 미국 매사추세츠공대(MIT) 마린 솔라서치 교수가 개발한 기술로 두 개의 코일을 하나는 전원에, 하나는 전자기기에 연결해 같은 주파수로 맞추면 '공명'이 발생해 전류가 흐르는 원리를 이용한다.

자기공명 방식은 충전 거리를 수 m까지 늘릴 수 있어 애플, 인텔, 삼성, LG 등의 글로벌 전자 기업들이 관심을 갖고 기술을 개발하고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 자기공명 방식을 이용해 전선 없이 전류를 발광다이오드(LED) 전광판 등에 보낼 수 있는 기술을 개발해 지난달 발표했다.

ETRI는 40인치 크기의 LED 액정을 전원부 근처에 설치해 전선 없이 전류를 공급하는 데 성공했다.

이 기술은 컴퓨터 전원으로도 활용할 수 있다.

성인 손바닥 크기의 수신기를 노트북 밑에 부착하면 전원부와 최대 1.5m 떨어져 있어도 충전이 가능하다. ETRI 미래전파기술연구팀 윤재훈 책임연구원은 "주파수와 출력을 조절하면 휴대전화 등 다양한 전자기기에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

○ 우리 연구진 '징검다리 중계기' 개발

무선 전원이 제 역할을 하려면 1m로는 부족하다.

전원이 있는 1m 내에서만 전자기기를 사용할 수 있고 충전을 위해 전원 근처에 둬야 해서 '무선'이라는 말이 무색하다.

먼 거리까지 전류를 보내고 받을 수 있어야 한다.

이 문제를 해결하기 위해 우리나라 연구진들이 '징검다리' 형식으로 전류를 전달해 주는 방식을 연구하고 있다.

자기장에서 생성된 에너지가 전달되는 '중계기'를 사용해 최대 5m까지 전류를 보내는 것이다.

한국전기연구원 전기정보망연구센터 박영진 책임연구원(과학기술연합대학원대 겸임교수)은 중계기를 이용해 전원으로부터 3m 떨어진 곳에 있는 200W급 전자기기의 충전 시연에 성공했다.

충전효율은 80∼85%에 달하며 기존의 무선충전 방식과 비교해 출력과 충전 거리 모두 향상됐다.

전원과 연결된 송신기에 전류를 흘려주면 코일에 자기장이 생성되면서 에너지가 발생한다.

이 에너지가 중계기를 통해 전자기기와 연결되어 있는 수신기로 흘러간다.

수신기와 연결된 전자기기는 전원을 꽂지 않아도 전기를 받아 작동한다.

징검다리 역할을 하는 중계기를 하나 더 설치하면 최대 5m까지 무선충전이 가능하다.

박 책임연구원은 "송신기와 수신기가 무작위로 배열되어 있어도 충전 효율을 정확히 분석할 수 있기에 가능한 기술"이라고 설명했다.

그동안 과학자들은 자기공명 방식에 사용하는 송신기와 수신기의 위치에 따른 충전 효율을 정확히 분석할 수 없어 무선충전 거리를 늘리는 것이 어려웠다.

또 그는 "무선으로 전자기기를 충전할 수 있는 거리가 점점 늘어나고 있고 효율도 증가하고 있다"며 "앞으로 1, 2년 내 벽걸이TV나 청소기, 다양한 모바일 기기 등을 집 안 어디에 둬도 무선 충전이 가능한 시대가 올 것"으로 내다 봤다.

[동아일보] 원호섭 동아사이언스 기자 wonc@donga.com