모바일 디바이스 등을 무선으로 충전할 수 있는 자기공진방식 충전기 제품이 본격적으로 출시될 예정이다. 자기공진방식은 전기 송신부와 수신부가 몇 미터 떨어져있어도 충전할 수 있어 기존 케이블이 연결된 디바이스를 빠르게 대체할 것으로 예상된다.

10여 년 전, 유비쿼터스가 대두하면서 이동성이 강한 울트라 모빌리티의 요구가 떠올랐다. 울트라 모빌리티를 가능하게 하려면 무선통신과 2차 전지가 필수적이다. 이런 요구에 맞게 기술이 발전하면서 현재 스마트폰 시장 볼륨은 급속도로 성장했다. 하지만 짧은 배터리 사용 시간 등의 문제가 야기됐다. 이러한 연유로 2차 전지가 지속적으로 발전하거나 또 다른 연료 전지가 대안이 될 전망이다. 실제 美 국방부는 500원 동전 크기의 원자력 전지를 개발했으나 안정성 등의 이유로 아직 상용화하지 못했다.
또한 최근 조재필 울산과학기술대 교수팀이 리튬 이온 2차 전지로 만든 전기자동차 배터리를 1분 만에 충전할 수 있는 원천기술을 발표했지만 이것 역시 상용화 단계까지는 시간이 필요하다.
전자부품연구원 임승옥 센터장은 “2차 전지는 기술적으로 상당히 높은 수준으로 올라왔지만 상용화하기는 아직 무리”라며 “불편한 케이블을 없앨 수 있는 유일한 대안은 무선으로 파워를 전송하는 무선전력전송이 될 것”이라고 말했다. 또한 “2차 전지가 혁신적으로 개발될 수 있지만 이 시기는 10년 이상 걸릴 것”이라고 예상했다.

하이퍼 사이클 정점, 그러나
가트너가 발표한 2012년 Technology Hype Cycle에 따르면 무선전력전송의 기대치는 정점에 서 있다. 하지만 무선전력전송 기술과 시장은 성장하지 못했다. 무선전력전송 기술을 상용화하기 위해서 기술의 한계, 제품의 가시성 확대 등 많은 부분을 보완해야 한다. 따라서 무선전력전송 기술이 3~5 M로 범위를 넓히기 위해선 상당한 시간이 필요할 듯하다. 현재 소비자가 접할 수 있는 기술은 충전 패드 위에 디바이스를 올려놓고 충전하는 방식뿐이다. 하지만 무선전력전송이 보완/발전하면서 사용자가 무의식 상태서 충전할 수 있는 수준까지 발전할 것으로 예상된다.

늘어나는 표준단체
무선전력전송 기술이 차세대 비즈니스로 각광받기 시작하자 기업들이 서로 협력해 표준 단체를 설립하고 있다. 먼저 무선전력컨소시엄(WPC, Wireless power consortium)은 2008년 홍콩에서 처음 회의를 가졌으며, 2010년 4월 자기유도방식 기반의 소출력(5 W 미만) 무선전력전송 WPC 단체 표준을 발표했다. WPC 표준에는 인터페이스 정의(Interface definition), 성능 요구사항(Performance requirements), 규정 준수 시험(Compliance testing)으로 구성되어 있다. 이 표준 제정을 통해 자기유도방식의 외부 금속 물질 발열에 대한 위험성이 해결됐으며, 타 기기 간의 상호 호환성 문제도 해결할 수 있었다. 현재 WPC 표준은 보완 중이며, 수신부의 충전 위치에 대한 자유도를 개선하기 위해 여러 종류의 송신부 구조가 제안되고 있다. 특히 지금의 WPC 표준은 자기공진방식에 표준으로 적합하지 않아 자기공진 기술에 대한 WPC 표준 제정을 준비하고 있는 것으로 알려지고 있다.
A4WP는 공진방식 무선전력전송 표준화를 위해 지난 5월 설립된 국제 표준 단체로 글로벌 무선전력전송 에코시스템 구축을 목표로 국내외 20개 이상의 업체가 참여해 기술 및 표준 개발, 인증 및 규제 연구를 진행하고 있다. 이 표준 단체는 국내에서 TTA 산하에 세 개의 프로젝트 그룹에서 근거리 무선전력전송 기술에 대한 표준화 활동을 수행하고 있다. 전파자원 프로젝트 그룹인 PG309는 인체보호, EMC 평가방법의 표준화를 진행 중에 있다. 이동단말 충전기 표준화 그룹인 PG709는 휴대폰, 노트북 등의 이동단말 충전 표준을 개발 중이다. 마지막으로 PG417 SOC프로젝트 그룹은 온라인 전기 자동차 등 이동 단말 충전 외의 무선전력전송 기술에 대한 표준화를 진행 중이다. 또한 2011년 12월 국내 산학연 무선전력전송 기술 개발 기관들이 주축이 된 한국무선전력전송 포럼이 설립됐다. 이 포럼은 무선전력전송 기술의 주파수 문제, 전자파 인체 유해성 문제, 자기공진 및 자기유도방식에 대한 표준 제정을 목적으로 한다.

그린 산업의 기반
무선전력전송은 기술적으로 자기유도방식과 공진방식, 마이크로웨이브로 분류된다. 자기유도방식은 자기장을 활용한 방식으로 기술적으로 상당히 성숙되어 있다. 하지만 효율성이 좋은 반면, 거리가 짧다는 단점이 있다. 자기유도방식은 이론적으로 1 M 정도의 무선전력전송을 실행할 수 있지만 실제 5~10 mm 정도의 커버 범위를 갖는다. 따라서 굳이 멀리 떨어질 필요가 없는 근접한 환경의 고효율 하이커버에 적합하다.
공진방식은 외부에서 발생한 주파수가 특정 물체의 고유 주파수와 같아지면서 에너지가 증폭되는 방식이다. 기술적으로는 충전 패드와 스마트폰에 같은 주파수의 공진 코일을 탑재해 전력을 전달하게 된다. 충전기 출력에 따라 최대 1~2 M 떨어진 곳에서도 충전할 수 있다. 또한 한 번에 여러 대를 충전할 수 있다는 장점을 가진다. 앞으로 일상생활에서 사용하는 모바일 디바이스, 랩탑, 모니터, 메디컬 어플라이언스 등의 대부분은 공진방식이 적용될 전망이다.
마이크로웨이브는 고주파를 이용해 전달하는 방식으로 케이블로 전력을 전달할 수 없는 도서산간 지역 등에서 사용된다. 현재 미국과 일본의 우주항공국에서 활발히 연구 중이다. 미국은 인공위성을 띄어 태양열을 일정지역에 중점적으로 쏘는 방식을 채택하고 있다. 이 같은 방식은 태양 에너지를 한 곳에 집중적으로 쏘기 때문에 안전성의 문제로 미국 같은 영토가 큰 나라에서만 가능하다. 또한 일본도 미국과 비슷한 방식으로 연을 띄어서 태양 에너지를 한 곳에 쏘아 에너지를 생산하고 있다. 미국과 일본은 마이크로웨이브 방식을 각각 2050년, 2030년까지 상용화를 목표로 하고 있다.
업계는 공진방식을 사용한 무선충전 제품이 2013년 출시되면서 사용 전압이 낮은 전자 기기를 중심으로 상용화될 것으로 내다봤다. 업계 관계자는 “무선충전 제품은 인프라 문제가 해결되고 전자파 위험성 논란 등이 해소되면 짧은 시간 안에 유선 충전 제품을 대체할 것”이라고 전망했다. 특히 케이블이 산재한 산업 부문에서 무선전력전송을 활용할 경우 인체 안정성과 효율을 기대할 수 있을 것으로 내다봤다. 임승옥 센터장은 “사회 전반적으로 그린을 이야기하면서 무선으로 에너지 효율을 어떻게 달성할 수 있는지 의구심을 가지고 있다”며 “우선 케이블을 생산하는 데 많은 이산화탄소와 에너지가 소비되지만, 멀티 충전이 되는 순간 하나의 베이스 케이블만 남아 저탄소를 지향하는 그린 산업으로 다가갈 수 있다”고 말했다.

해외 동향
인텔은 무선전력전송에 많은 특허를 보유하고 있다. 기존 공진방식은 똑같은 코일을 활용해 현 시점에서 그나마 활용하기 쉬웠던 반면, 인텔의 공진방식은 첫 번째 코일과 그 외곽을 둘러싼 코일이 회전해 거리의 차이를 둬 공진으로 다시 맞추는 방식으로 무선전력전송 부문에 가장 앞선 기술력을 갖췄다고 볼 수 있다. 하지만 인텔은 이 기술을 개발한 지 수년이 지났지만 아직 상용화시키지 않고 있다. 이 기술을 탑재하는 순간 모든 라인업이 바뀌기 때문이다. 퀄컴은 ‘eZone’이라는 송전기술을 개발해, 2009년 2월에 개최된 전시회 Mobile World Congress 2009에서 실장한 휴대전화를 시연한 바 있다. 현재 퀄컴은 주력이었던 모바일 반도체 이외에 탈출구를 무선전력전송으로 판단해 심혈을 기울이고 있다.
이밖에도 PalmPre는 가장 먼저 자기유도방식의 제품을 내놓았다. 당시 PalmPre의 디바이스는 디자인이 우수했지만 모바일 시장에는 큰 영향을 미치지 못하고 사라졌다. Fulton Innovation은 WPC Qi 기준을 준수하는 충전기를 출시했고, Powermat은 미국 시장에서 800만 대를 판매했다. 특히 Powermat은 독자적으로 얼라이언스(PMA, Power Matters alliance)를 설립해 활동하고 있다.
국내에서는 삼성전자가 한 대의 충전기로 스마트폰, 스마트패드 등 여러 대의 단말기를 동시에 무선충전할 수 있는 기술을 이미 개발 완료했다. 또한 ‘무선전력전송 제어 기술’을 포함한 47건의 무선전력충전 관련 특허를 이미 출원했다. 삼성전자가 개발한 무선충전방식은 자기공진방식으로 자기장 공진 주파수를 이용해 전력을 전송하며, 케이스나 매트 같은 별도의 장치가 필요 없이 사용할 수 있다. 또한 LG전자는 자체 개발한 무선충전패드 기술이 무선충전협회(WPC)로부터 국제표준 인증을 받았으며, 최근 옵티머스 LTE2에 무선충전 기술을 탑재했다.

2013년 상용화 목표
2013년 공진방식을 채택한 무선충전 제품이 출시되면서 많은 산업군의 변화가 예상된다. 업계 관계자들은 무선충전방식이 상용화되면 휴대폰ㆍ가전기기ㆍ전기자동차뿐 아니라 인공장기ㆍ우주분야 등 다양한 분야서 활용될 것으로 전망하고 있다. 또한 케이블이 산재해 겪었던 인체 유해성과 전력 효율을 억제할 수 있어 산업 부문에서 큰 파급력을 가질 것으로 예상했다.
임 센터장은 “무선전력전송 기술이 2013년을 기점으로 빠르게 성장할 것으로 예상한다”며 “공진방식의 발전으로 지금보다 원거리의 충전이 가능하다면, 앞으로 컨슈머 시장의 르네상스를 불러일으킬 것으로 기대한다”고 말했다. 한편 시장조사기관 아이서플라이는 2011년 2천만대 정도에 그쳤던 무선충전방식을 채택한 전자기기가 2014년에는 4억5천만대에 이를 정도로 급성장할 것이라고 전망했다.