무선충전기 /사진제공=애플

무선마우스, 무선이어폰, 무선청소기…. IT업계를 수년 전부터 강타한 무선 열풍은 2017년 본격적인 화두가 됐다. 특히 무선충전 기술은 무선시대의 핵심으로 자리잡았다. 이름 그대로 무선충전은 기존의 충전방식에서 선을 없애고 대기를 통해 전력을 전송하는 방식이다.

선을 연결할 필요가 없어 기기에 충격이 가지 않고 번거로움도 없다. 또 연결단자를 제거할 수 있어 방수·방진 설계에도 효과적이며 디자인도 해치지 않는다. 시장조사기관 IHS마킷에 따르면 올해 무선충전 장치 출하량은 지난해보다 약 40% 증가한 3억2500만대에 달하며 2020년에는 10억대를 넘어설 것으로 예상된다.

◆'혁신의 상징' 애플이 가장 늦어

이미 무선충전은 가정, 자동차, 카페 등으로 영역을 넓히고 있다. 커피전문점 스타벅스는 2015년부터 무선충전 패드를 설치했으며 맥도날드, 메리어트, 이비스 등이 무선충전 패드를 갖추고 있다. 이처럼 무선충전은 이미 대중화 단계에 접어들었다.

올해 무선충전이 이슈로 떠오른 건 대부분의 스마트폰에 해당 기술이 탑재됐기 때문이다. 국내에서 가장 많이 판매되는 스마트폰 제조사인 삼성전자, LG전자, 애플은 각자의 플래그십 스마트폰 라인업인 갤럭시S 시리즈, G시리즈, 아이폰에 무선충전 기능을 탑재했다.

삼성전자는 2013년 4월 출시한 갤럭시S4부터 무선충전 기능을 도입, 호평을 받았다. LG전자는 이보다 1년 앞선 2012년 5월 옵티머스 LTE2를 통해 무선충전 기능을 선보였다. 하지만 갤럭시S4와 옵티머스 LTE2에서 무선충전 기능을 활용하기 위해서는 무선충전 커버와 전용충전기를 구입해야 하는 번거로움이 있었다. ‘혁신의 선두주자’ 애플은 무선충전 기능과 관련해서는 가장 늦게 발걸음을 뗐다. 애플은 지난달 3일 한국에 출시한 아이폰8에서 처음으로 무선충전을 지원하기 시작했다.

무선충전기 /사진제공=삼성전자

◆무선충전, 어떻게 가능할까

현재까지 알려진 무선충전 방식은 크게 3가지인데 ▲자기유도 방식 ▲자기공명(공진유도) 방식 ▲전자기파 방식으로 구분된다.

자기유도 방식은 1차코일과 2차코일 사이에 일어나는 자기유도 현상을 이용한다. 코일이 근거리에 위치해야 작동하며 주변의 자기장이 코일에 영향을 미칠수 있다는 점이 단점으로 지적된다. 하지만 상대적으로 간단한 원리와 인체유해논란에서도 자유로워 현재 가장 많이 활용되는 추세다. 현재까지 출시된 스마트폰에 탑재된 국제 무선 충전 규격인 ‘Qi’(치)도 자기유도 방식이다. 치 방식은 전파를 수신할 수 있는 거리가 상당히 짧은 대신 효율이 좋고 고속충전 기술도 지원해 활용도가 높다.

자기공명 혹은 공진유도 방식은 자기유도 방식이 지니는 거리 상의 단점을 보완할 수 있다. 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 발생시켜 수신부 코일에 유도돼 전류를 공급하는 원리다. 이 과정에서 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중되도록 만드는 것이 핵심이다. 이 방식은 무선충전기와 2m 이상 떨어져 있어도 충전이 가능하고 하나의 무선충전기로 동시에 여러 대의 단말기를 충전할 수 있어 효율이 높다.

다만 자기공명 방식의 무선기술을 상용화 하기 위해서는 전력효율과 발열 문제, 국제규격과 표준화 작업 등을 거쳐야 한다. 이에 삼성전자도 당초 자기공명 방식의 무선 충전 기술을 탑재할 예정이었으나 효율성과 표준화 문제로 자기유도 방식을 택했다.

전자기파 방식은 데이터 전송에 사용하는 방식과 같은 매커니즘으로 구동된다. 안테나를 통해 전자파를 직접 송수신하며 충전 가능 범위는 최대 수십㎞에 달한다. 높은 출력에도 인체에 유해한 것으로 알려져 개인 용도보다 위성전력 공급 등 산업분야에서 연구 중이다.

◆높은 범용성, 놀라운 성장가능성

무선충전 기술을 개발 중인 IT업체들은 스마트폰, 스마트워치, 태블릿PC 등 여러대의 기기를 동시에 무선충전하는 기술을 두고 경쟁 중이다. 삼성전자는 미국에서 ‘듀얼파워’라는 이름으로 이 기술의 특허를 출원했고 애플은 지난 10월 뉴질랜드의 무선충전업체 파워바이프록시를 인수하고 내년 충전패드 ‘에어파워’를 내놓겠다고 밝혔다.

앞으로 무선충전은 보다 다양한 산업에서 활용될 전망이다. 무선충전이 가장 대표적으로 활용될 수 있는 산업은 자율주행차다.

퀄컴은 지난 5월 ‘다이나믹 일렉트릭 비이클 차징’(DEVC)이라는 주행 중 무선충전 기술을 공개했다. 이 기술은 도로에 구축된 무선충전 패드에 전기차가 접근하면 선이 없어도 충전이 가능하다. DEVC는 기존 무선충전 기술인 헤일로의 발전형으로 차가 100㎞/h의 속도로 달려도 20kW의 출력을 낸다. 비슷한 속도의 차 2대가 지나가도 충전이 가능하며 후진 중에도 무리없이 충전된다. 퀄컴은 DEVC의 상용화 계획을 아직 밝히지 않았으나 업계에서는 자율주행차 시대가 오면 DEVC 기술의 상용화는 무난할 것이라는 전망을 내놓는다.

무선충전 기술의 발전은 공중에서도 진행 중이다. 미국 오하이오주에 본사를 둔 전기자동차 및 드론 개발업체 워크호스그룹은 배송업체 UPS와 함께 드론에 무선충전 기술을 적용하는 실험을 진행 중이다. 구상은 이렇다. 배송트럭 위에 드론용 무선충전 패드를 설치하고 드론이 착륙하면 자동으로 충전된다. 무선으로 충전된 드론은 트럭의 짐을 싣고 배송에 나서는 구조다. 이 시스템은 현재 실험 단계에 불과하지만 상용화되면 배송시스템에 획기적인 변화를 불러올 것으로 예상된다.

IT업계 한 관계자는 “무선충전 기술은 전력을 사용하는 산업이면 거의 대부분 활용할 수 있는 기능으로 높은 범용성을 보인다”며 “그래핀볼이라는 신소재를 바탕으로 개발 중인 2차전지와 무선충전 기술이 결합하게 된다면 현재는 상상도 할 수 없는 일이 가능해질 것”이라고 말했다.

☞ 본 기사는 <머니S> 제519호(2017년 12월20~26일)에 실린 기사입니다.