스마트폰을 구매할 때 배터리는 그동안 주요한 고려대상이 아니었다. 하지만 스마트폰 화면이 커지고 동영상, 게임 등의 콘텐츠 이용이 급증하면서 배터리를 따져보기 시작했다.

신종균 삼성전자 IM부문 사장은 갤럭시S6에 일체형 배터리를 선택하면서 배터리를 놓고 고심했다.

갤럭시S6은 두께를 줄이고 디자인을 고려해 일체형 배터리를 채택하면서 용량이 2550mAh로 전작인 갤럭시S5 2800mAh보다 다소 줄었다. 신 사장은 1.5배 빠른 유선충전과 무선충전 기능으로 보완할 수 있다고 판단해 갤럭시S6에 일체형 배터리 채택했다.

LG전자는 최근 G4를 내놓으면서 착탈식 배터리를 채택했다는 점과 전작인 G3보다 배터리 성능을 개선했다고 강조했다.

그런데 외신의 실험결과 G4의 경우 3000mAh의 배터리를 채택했는데도 갤럭시S6(2550mAh)이나 아이폰(2915mAh)보다도 배터리 지속시간이 짧은 것으로 나타나면서 최적화에 실패했다는 논란을 겪었다.

특히 스마트워치 등 웨어러블 기기의 시대가 본격화하면서 배터리에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.

웨어러블 기기는 하루 중 대부분의 시간을 몸에 착용하는 만큼 배터리가 얼마나 오래 가느냐가 선택의 중요한 요소로 떠오르고 있다.

이에 따라 더 오래가고, 더 가볍고, 더 유연한 형태의 배터리 만들기에 고심하고 있다.

◆ 모바일 기기 성공의 관건은 배터리

하드웨어 크기가 작아지면 시간당 배터리 소모량도 줄어든다. 그러나 하드웨어 크기가 줄어들면 배터리 용량은 더 큰 폭으로 감소해 배터리 지속시간은 더욱 짧아진다.

애플워치 역시 이런 고민에서 자유롭지 못하다. 애플워치는 배터리 지속시간이 18시간에 불과해 혹평을 받고 있다.

스마트워치 배터리는 최신 스마트폰 배터리(약 3000mAh)의 약 10분의 1 용량에 불과한 경우가 대부분이다. 하지만 애플워치 배터리 용량은 205mAh로 이 수준에도 미치지 못했다.

팀 쿡 애플 CEO는 배터리 논란이 일자 “애플워치를 종일 사용한 뒤 자는 동안 충전기에 연결해두면 된다”고 말했다.

하지만 이는 사용자의 건강관리 기능을 강조하는 애플워치의 컨셉트와 배치된다. 애플워치는 사용자가 잠든 시간에도 심박수 측정 등 지속적 건강관리를 내세운다.

애플은 홈페이지를 통해 애플워치를 시계로만 쓰면 한 번 충전으로 48시간 동안 사용할 수 있다고 밝혔다.하지만 시계용도로만 사용하기 위해 고가의 스마트워치를 구매하는 사람은 없다.

LG전자는 비교적 배터리 용량이 뛰어난 스마트워치를 내놓고 있다. LG전자가 지난달 출시한 LG워치 어베인과 LG워치 어베인LTE 모델은 배터리 용량이 각각 410mAh, 710mAh로 상대적으로 높은 용량을 자랑한다.

삼성전자가 그동안 내놓은 스마트워치 제품들도 배터리 용량이 300mAh~310mAh 정도다.

삼성전자는 배터리 용량이 스마트워치의 중요한 선택기준으로 떠오르자 배터리 지속시간을 대폭 개선한 스마트워치 신제품을 출시하려고 한다. 삼성전자가 새로 내놓을 스마트워치는 한 번 충전으로 4~5일 동안 사용이 가능한 것으로 전해진다.

한 업계 관계자는 “배터리 용량 문제가 해결되지 않는다면 웨어러블 기기가 시장에서 살아남기가 쉽지 않을 것”이라며 “배터리 용량이 스마트폰 같은 웨어러블 기기의 승패를 가르는 요인이 될 것”이라고 말했다.

▲ 지난해 10월 삼성SDI가 세계최초로 공개한 플렉서블 배터리를 모델들이 들어보이고 있다

◆ 삼성SDI, 소재와 디자인 차별화

삼성SDI도 더 가볍고, 오래가고, 유연한 웨어러블 배터리를 개발하기 위해 온힘을 쏟고 있다.

삼성SDI는 모바일 기기용 배터리 사용시간을 늘리기 위해 캔이나 파우치, 보호회로 등을 얇고 작게 만들었다. 또 배터리에 사용되는 소재 개발 등을 통해 에너지 밀도를 꾸준히 높이는 노력도 병행하고 있다.

삼성SDI는 다양한 모바일 기기 제품 디자인에 적용할 수 있도록 휘어지고, 더 얇고, 더 가볍게 배터리 디자인을 개선하는데도 공을 들이고 있다.

삼성SDI는 지난해 10월 세계 최초로 휘어지는 배터리를 공개했다.

이 배터리는 독자개발한 소재와 설계를 이용해 일반 종이컵 곡면 수준으로 배터리를 굽힐 수 있다. 삼성SDI는 수만 번의 굽힘 테스트를 통해 안정성도 확인했다. 삼성SDI는 당시 플렉서블 배터리 상용화에 3년 정도 걸릴 것이라고 밝혔다.

삼성SDIS는 휘어지는 배터리와 함께 직경 3.6㎜, 길이 20㎜의 캡슐 알약크기만한 ‘핀(Pin) 배터리'도 함께 공개했다.

핀 배터리는 초소형 사이즈의 배터리가 필요한 다양한 종류의 웨어러블 기기에 사용될 것으로 기대된다. 핀 배터리는 이미 양산이 가능한 수준으로 개발이 끝났다.

삼성SDI는 지난해 삼성전자 스마트밴드 기어핏에 커브드 배터리를 공급해 오래 가고 착용감 좋은 배터리로 호평을 받기도 했다.

삼성SDI 관계자는 “기어핏에 사용된 배터리는 독자개발한 210mAh 커브드 배터리로 한 번 충전으로 최대 4일 동안 사용가능한 수준”이라며 “기존 스마트밴드에 탑재된 배터리보다 최대 5배 이상 용량이 크고, 업계 최초로 초소형 배터리 셀에 적층기술을 적용해 휘어진 디자인을 구현한 것이 특징”이라고 말했다.

삼성SDI는 리튬폴리머 배터리 부문의 성장 가능성도 높게 보고 있다. 리튬폴리머전지는 리튬이온전지와 달리 내부에 들어가는 전해질(전류를 흐르게 하는 물질)이 액체가 아닌 겔(Gel)형태의 폴리머 전해질을 사용해 안정성이 높다.

또 파우치 등의 경량재료로 최종 포장할 수 있어 스마트폰이나 웨어러블기기 등의 디자인에 유연하게 적용가능하다는 장점이 있다.

시장조사기관 HIS에 따르면 2018년 웨어러블 기기용 배터리시장에서 리튬폴리머 배터리는 73%의 비중을 차지할 것으로 전망된다. 2018년 리튬폴리머 배터리 시장규모도 지난해에 비해 1200% 가까이 늘어난 7700만 달러에 이를 것으로 전망된다.

삼성SDI는 일반적 리튬폴리머 배터리에서 더 나아가 겔 형태가 아닌 고체전해질을 사용하는 폴리머 배터리를 상용화하는 방안도 구상하고 있는 것으로 알려졌다.

삼성SDI는 “고체전해질을 사용하면 음극과 양극이 접촉하는 것을 방지할 수 있고 중간에 놓인 고체전해질이 훼손되더라도 액체전해질과 달리 그 형태를 유지할 수 있다”며 “이런 배터리는 충격에도 매우 강하다”고 말했다.

▲ 웨어러블 기기에 사용된 LG화학의 리튬폴리머 배터리

◆ LG화학, 공간 활용도 높인 배터리로 시장공략

LG화학은 곡면형태의 휘어진 배터리(Curved Battery)를 지난해부터 양산하고 있다. LG화학의 휘어진 배터리는 LG전자의 커브드 스마트폰 G플렉스와 G플렉스2에 탑재됐다.

LG화학은 더 나아가 어느 방향에서도 자유자재로 휘어지는 ‘케이블 배터리(Cable Battery)’ 개발도 완료했다.

LG화학은 케이블 배터리와 관련해 세계에 90개 이상의 특허출원을 신청했고 이 가운데 절반 이상이 등록된 상태다. LG화학은 케이블 배터리를 이르면 내년 4분기, 늦어도 내후년 1분기에 본격 양산한다는 계획을 세웠다.

LG화학은 케이블 배터리는 속이 비어 있는 데다 구리선 여러 가닥을 꼬아둔 형태기 때문에 구부렸다 펴기를 반복해도 안정성에 문제가 없다고 설명했다.

케이블 배터리가 상용화하면 스마트워치 시계 줄 자체가 배터리로 사용될 수 있어 배터리 용량이 크게 증가할 것으로 기대된다.

김제영 LG화학 연구위원은 “LG화학의 케이블 배터리는 구조변경을 통해 혁신을 이룬 사례”라며 “상업적 관점에서 의미있는 양산체제를 구축할 수 있을 것”이라고 자신했다.

김 연구위원은 “케이블 배터리가 기존 배터리와 비교하면 값이 다소 비싸겠지만 자유자재로 휘어지는 형태기 때문에 웨어러블 기기의 크기 축소, 완성도 향상에 크게 기여할 전망”이라고 덧붙였다.

LG화학은 케이블 배터리 외에도 지난해 손톱크기만한 웨어러블 기기용 초소형 폴리머 배터리를 내놨다.

LG화학은 전기차 배터리에 적용되는 기술을 적용해 초소형 전지를 만들고 있다. 이 전지는 현재 LG전자의 LG전자의 스마트워치에 탑재됐으며, 모토로라의 모토360에도 납품하고 있다.

LG화학은 지난해부터 2단 이상 계단구조를 갖는 일체형 ‘스텝트 배터리(Stepped Battery)’도 양산하고 있다.

이 제품은 계단형태로 배터리 높낮이를 조정해 IT 제품의 다양한 디자인에 최적화할 수 있도록 만들어졌다. 뒷면이 둥근 형태의 모바일 기기는 평평한 각형 배터리를 채용하면 곡면 부위에 활용할 수 없는 공간이 생겨 비효율적이다.

하지만 스텝트 배터리를 사용하면 이 공간에도 배터리를 넣어 용량을 높일 수 있다는 장점이 있다. 지난해 LG전자의 해외용 G2폰에 스텝트 배터리가 적용됐다.

스텝트 배터리를 적용한 G2의 배터리 용량은 16% 늘어 사용시간도 3시간 이상 늘어난 것으로 나타났다. [비즈니스포스트 백설희 기자]