[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 양자 배터리(Quantum batteries) 기술은 지난 몇 해에 걸쳐 놀라운 기술적 발전을 거듭하고 있음에도 불구하고 여전히 언제 실현될지 알 수 없는 꿈의 미래기술에 머물러 있다.

최근 대만의 국립쳉공대학(國立成功大學, National Cheng Kung University, 축약 NCKU)의 한 연구진이 양자역학 원리를 응용, 전기 배터리 고속 충전 및 저장력이 개선된 양자 배터리 충전 방식을 고안해내 과학계와 전기차 제조업계가 주목하고 있다.

최근 전 세계 양자 과학 분야에서 획기적인 양자 기술 개발에 한창인 가운데, 유독 최근 과학자들은 전기차 배터리 사업에 응용될 수 있는 획기적인 양자 배터리 해법 발굴에 주력하는 추세다.

양자 과학에 기초한 혁신적 전기 배터리 저장 기술이 개발될 경우, 이른바 ‚양자 배터리’는 전기차 주행 시간을 획기적으로 늘릴 수 있게 돼, 주행거리 대비 잦은 건전지 재충전 필요성을 제거하고 배터리 효율을 늘리면 이제까지 전기차 신차 구매를 망설여온 전 세계 소비자들을 설득시켜 전기차 시대로의 이행을 대폭 앞당길 수 있게 될 수 있기 때문이다.

이번 대만 국립쳉공대 연구진이 제시한 양자 배터리 솔루션은 ‚초흡수(superabsorption)‘ 원리를 응용했다.

태양 전지가 빛을 흡수하듯, 분자가 빛을 흡수하는 ‚중첩(superposition)‘ 양자역학적 특유의 유별한 현상에서 파생되는 여러 빛 파동을 질서정연하게 중첩시켜서 전기 에너지를 빠르고 효율적으로 흡수・저장하는 콘셉트의 이론적 가능성을 입증했다고 연구진은 주장한다.

연구진은 큐빗(qubit)으로 불리는 이온을 중첩 상태의 빈 진공 공간(건전지)으로 통과시킨다. 이 과정에서 이온으로 흡수된 일부 전파는 전기 충전기 역할을 하는데, 양자 물리학적 특성상 분자들이 다층으로 켭켭이 쌓일수록 서로 협력하며 더 많은 양의 에너지를 발생・축적하는 집단적 양자 효과를 활용할 수 있다는 것이다.

양자 배터리 이론에 따르면, 분자가 많을 수록 빛 흡수 속도가 빨라지는데 이는 곧 배터리의 빛 흡수량이 많을수록 에너지 충전 속도도 빨라짐을 뜻한다. 

이 원리는 앞서 지금보다 2년여 전인 2022년 1월에 호주 애들레이드 대학의 제임스 콱(James Quach) 교수 연구팀이 ‚사이언스(Science)‘ 지에서 발표한 연구 보고서에서 처음 소개됐다.

당시 콱 교수는 초흡수 양자 배터리 기술을 소형 디바이스로 개념 검증을 거친 후 보다 큰 기기 — 가령, 전기차 등 — 에 응용이 가능하도록 중간 기술을 개발하는 것이 관건임을 강조한 바 있다.

현재도 양자 배터리 기술은 IBM 퀀텀 플랫폼을 이용해 개념 검증(proof-of-concept) 작업해 단일 큐빗 단위 이상 크기로 규모화가 가능할 것으로 보이나 당장 일상에서 실제 상용화할 단계는 아니다.

그러나 장기적으로 이 기술의 구현이 현실화될 경우, 전기차 배터리의 초고속 재충전 및 안정적이고 효율적인 에너지 저장을 가능케 할 뿐만 아니라 전기차 배터리 제조에 필수적인 희귀 천연자원의 필요성을 대폭 줄여서 배터리 원료 공급 문제를 해소하는데도 주효할 것으로 기대된다.