나노플로우셀

나노플로우셀(Nanoflowcell)

나노플로우셀(Nanoflowcell)

나노플로우셀(NanoFlowcell)은 2013년에 설립한 스위스와 리히텐슈타인에 있는 전기자동차 제조회사이다. 일반적인 전기자동차와는 다르게 배터리를 '충전' 대신 '주입'하는 전기차로, 나노플로우셀은 양전하와 음전하를 띠는 두 개의 전해질 용액을 주입해 탱크에서 두 용액을 반응시켜서 에너지를 얻는 방식이다.

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개요

나노플로우셀은 기존 충전식으로 주행하는 전기자동차와는 달리 양성 음성 용액을 차량의 탱크에 주입해서 전해질 용액을 이용해 전기를 생산해 자동차의 전기 모터를 작동하는 방식으로 적용된 전기자동차 제조회사이다. 기존 전기차에 적용되는 배터리는 대용량 축전지로 충전을 해야 하고, 완전 충전하기까지는 시간이 오래 걸리고, 1회 충전 시 주행할 수 있는 거리도 현재까지는 휘발유로 주행하는 자동차보다 효율성이 만족스럽지 못한 문제점을 보인다. 하지만 나노플로우셀은 주유소에서 기름을 넣는 것처럼 양이온 용액과 음이온 용액을 자동차 탱크에 주입하는 방식이다. 이러한 방법이 배터리 충전 시간보다 훨씬 빠른 데다가 폭발의 위험성도 없으며, 환경에 해를 끼치는 일도 없다고 한다. bi-ION은 나노플로우셀이 자체 개발한 전해질 액체 브랜드 이름이다. 그것은 소금, 물 및 에너지 운반물질로 구성되었다. 나노플로우셀에서 bi-ION에 결합한 화학 에너지는 전기 에너지로 변환된다. 전해액은 현대의 리튬이온 배터리에 필적하는 전력 밀도를 갖지만 에너지 밀도는 5배 더 높다. bi-ION은 환경친화적이고, ℓ당 약 100원 정도로 판매되고 있어서 휘발유로 주행하는 자동차보다 연료 가성비가 더 좋다.

작동 원리

나노플로우셀은 1976년에 미 항공우주국(NASA)이 특허를 취득한 레독스(redox), 즉 산화 환원 기술을 기반으로 하고 있다. 나노플로우셀이 제시한 액체 배터리에는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB, Vanadium Redox Flow Battery) 기술이 적용됐다. 이는 전기를 만드는 원리는 산화 환원 상태가 서로 다른 바나듐 이온 전해질 용액을 이용하는 것이다. 전지의 충전 시에 스택 내부의 양극에서는 바나듐 4가 이온이 5가 이온으로 산화되고, 스택 내부의 음극에서는 바나듐 3가 이온이 2가 이온으로 환원되며 방전 시에는 이와 반대로 양극에서는 환원 반응, 음극에서는 산화 반응이 일어난다. VRFB는 크게 스택과 전해질, 그리고 전해질을 순환시키기 위한 펌프로 구성된다. 스택은 전기 화학적 반응이 일어나는 곳으로 전체 시스템의 출력은 스택의 크기와 개수에 의해 결정된다. 에너지는 양극과 음극의 전해질에 저장되므로 전지의 에너지 용량은 전해질 탱크에 담긴 전해질의 양에 의해 결정된다. 이 말은 전해질 탱크의 용량을 늘리면 쉽게 배터리의 용량을 늘릴 수 있다는 의미다. 또한 배터리를 충전할 필요 없이 그냥 전해질만 보충해 줘도 다시 사용이 가능하다는 의미이기도 하다. 그동안 VRFB의 낮은 에너지 밀도 때문에 차량용 배터리로는 개발되기가 어려웠었다. 그런데 독일의 프라운호퍼(Fraunhofer) 화학기술 연구소의 연구진들이 VRFB의 효율을 극대화해, 리튬 이온 배터리의 4~5배에 달하는 에너지 밀도에 도달하는 연구에 성공했다. 이후 나노플로우셀은 프라운호퍼 기술을 기반으로 하여 새로운 VRFB를 개발했고, 이를 이용하여 전기 자동차를 만들었다. 나노플로우셀이 자체 개발한 bi-ION 전해물 용액은 소금물 및 친환경 에너지 물질로 구성되어있으며, ℓ당 약 100원에 판매되고 있어서 저렴하게 주유할 수 있다. VRFB의 충·방전 과정은 다음과 같다.

모델

퀀트 E-스포츠리무진

퀀트 E-스포츠 리무진(Quant e-Sportlimousine)

퀀트 E-스포츠 리무진(Quant e-Sportlimousine)은 2014년 3월 제네바모터쇼에서 공개되었다. 퀀트 E-스포츠리무진은 나노플로우셀 측이 독자 개발한 소형 플로우 전지를 이용한 차량이다. 펌프를 이용해 양성과 음성 전해질 용액 사이를 순환시키는 과정에서 이온 산화 환원 작용을 일으키면서 충방전을 진행한다. 전해질 자체는 막으로 막아 섞이지 않도록 했다. 막에서 이온 교환이 일어나는 것이다. 또 플로우 전지는 전지를 완전 방전시키지 않은 상태에서 충전을 하면 전지 충전 가능 용량이 줄어드는 메모리 효과 없이 1만 회 충전을 반복할 수 있다는 장점도 있다. 제조사 측에 따르면 플로우 전지는 기존 리튬이온 배터리보다 5배에 이르는 높은 성능을 발휘한다. 그 뿐 아니라 전지를 소형화할 수 있는 장점도 있다. 프로토타입 모델은 실제로 600km에 달하는 거리를 한번에 달릴 수 있다. 이 차량은 그 밖에 4인승 모델로 최고 속도는 350km/h, 제로백은 2.8초다. 차체는 길이 5.25m, 폭은 2.2m, 높이는 1.35m이며 람보르기니(Lamborghini)처럼 위쪽으로 문을 여는 윙도어 스타일을 채택했다.

퀀트 F

퀀트 F(Quant F)

퀀트 F(Quant F)는 2015 3월 제네바 모터쇼에서 공식 발표했다. 지난 2014년 퀀트 E-스포츠 리무진을 선보여 획기적인 원리가 적용된 슈퍼카에 주요 외신들의 이목을 집중시킨 바 있다. 공개된 퀀트 F는 전지 효율을 개선해 퀀트 E보다 더 높은 성능과 더 늘어난 주행 거리를 주요 특징으로 잡고 있다. 퀀트 F의 최고 출력은 1,090마력으로 수십억 원의 가장 빠른 슈퍼카로 소문난 코닉세그(Koenigsegg) 원(ONE)의 1,341마력과 부가티(Bugatti) 베이론(Veyron)의 1,200마력과 어깨를 나란히 한다. 퀀트 E-스포츠 리무진(924마력)과 비교하면 대략 170 마력(17.9%)가 향상됐다고 판단할 수 있다. 1,000마력급의 최고 출력을 위해 공급 가능한 최대 전압을 600V에서 735V로, 2,000A의 최대 전류를 순간적으로 끌어낼 수 있도록 기존의 레독스 흐름 전지에 새로운 버퍼 시스템을 추가하는 등 기술 설계를 변경했다. 일반적인 주행 시엔 400V의 전압과 50A의 전류를 공급하는 것으로 이뤄진다. 트랜스미션은 빠른 변속을 위한 듀얼클러치가 아닌, 2단 자동변속기를 사용한다. 차체는 탄소 섬유를 기반한 모노코크 식으로 설계됐다. A필러의 틸트 각을 낮춰 공기 저항을 줄임과 동시에, 퀀트 F만의 미려한 바디라인, 4인승 슈퍼카로서 높은 안전성을 보장할 수 있도록 했다. 전장은 5.25m로 5m 미만의 일반 차들보다 길다. 퀀트 F의 최대 주행 가능 거리는 800km 수준이다. 퀀트 E-스포츠 리무진이 600km 수준이었다는 점을 고려하면 30% 이상 향상됐다고 말할 수 있다. 250ℓ 용적의 저장 탱크를 두 개 설치하는 것으로 이뤄졌다. 각 바퀴마다 전기 모터를 달아 사륜구동을 지원할 수 있도록 했다. 주행 안정성 보장을 위한 2-스테이지 리어 에어로포일도 적용됐다. 80km/h 이상으로 주행 시 리어 스포일러가 자동으로 개폐돼 후륜의 다운포스를 유도한다. 이를 통해 고속 주행에서도 안정적인 스포츠 드라이빙을 할 수 있도록 했다.

퀀티노(Quantino)

퀀트 48V(Quant 48V)

퀀티노

퀀티노(Quantino)는 소형 스포츠쿠페인 형태를 지니고 있으며 정격전압 48V의 저전압 시스템으로 개발돼, 한번 충전하면 1,000km 거리를 주행할 수 있다. 그럼에도 최고출력 136마력, 최고속도 시속 200km 등의 힘을 낸다. 전장이 3,910mm밖에 안되는 소형 차량이지만, 휠베이스가 3,198mm에 달해 중형차 이상의 실내공간이 마련됐다. 좌석도 4인승 형태로 구성돼 실용성을 높였다. 나노플로우셀은 전기차 퀀티노가 자체 내구성 검증을 통과했다고 밝혔다. 나노플로우셀에 따르면 퀀티노는 스위스 취리히에서 진행된 74㎞/h를 내는 도심 주행모드로 시험주행에서 14시간을 연속으로 달렸다고 전했다. 퀀티노는 48V의 저전압 동력계를 탑재했다. 최고출력 107마력을 내며 사륜구동이다. 제로백은 5초가 걸리지 않는다. 최고속도는 200㎞/h다.

퀀트 48V

퀀트 48V(Quant 48V)는 2017년 나노플로우셀이 제네바 모터쇼에서 공개한 모델이다. 퀀트 48V의 드라이브 트레인은 4개의 전기모터가 4개의 바퀴를 각각 구동하는 방식이다. 보통의 전기 차는 플러그를 사용해 직접 전기를 충전하거나 내연기관을 활용해 전기를 생산해 동력원을 공급받는 반면 퀀트 48V는 별도의 탱크에 저장한 두 종류의 이온화 된 유체(양이온와 음이온)를 이용해 전기를 만든다. 생성된 전기는 직렬로 배치된 6개의 배터리셀에 저장되며, 전해질로 소개된 bi-ION은 독성과 인화성이 없는 친환경 소재다. 퀀트 48V는 네 바퀴에 동력을 전달해 최고 760마력 상당의 성능을 발휘한다. 정지상태에서 시속 100km/h까지 도달하는데 걸리는 시간은 2.4초면 충분하며, 최고속도는 300km/h에서 제한한다. 전해질을 한 번 충전하면 최대 1,000km을 충전할 수 있는 것도 큰 장점이다. 하지만 나노플로우셀은 지난 2015년 1,000마력이 넘는 퀀트 F를 발표했지만 아직까지 양산화되고 있지 않아 퀀트 48V 역시 양산까지는 불투명한 상태이다.

참고자료

• 나노플로우셀 공식 홈페이지 - https://nanoflowcell.com/en/
• 글로벌오토뉴스, 〈충전 대신 주유하는 전기차, 나노플로우셀〉, 《네이버 포스트》, 2016-08-05
• 김준래 기자, 〈소금물로 달리는 전기 스포츠카 탄생?〉, 《사이언스타임즈》, 2014-08-08
• 이석원 기자, 〈5배 오래 가는 전기자동차 나왔다〉, 《전자신문》, 2014-07-29
• 곽준혁 기자, 〈레독스 흐름 전지를 이용한 슈퍼카 '퀀트 F' 공개, 페라리만큼 빨라〉, 《보드나라》, 2015-02-11
• 류종은 기자, 〈소금물로 달리는 자동차 등장…최고출력 1090마력〉, 《뉴스1코리아》, 2015-10-28
• 구기성 기자, 〈나노플로우셀, 전기차 '콴티노' 14시간 동안 달려〉, 《(주)네바퀴의 꿈》, 2016-02-25
• 고석연 기자, 〈배터리 대신 전해질 넣어 움직이는 '콴트 48V' 컨셉트카〉, 《엔카닷컴(주)》, 2017-02-06

같이 보기

• 전기자동차
• 리히텐슈타인
• 스위스

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