최초 공개한 LG옵티머스 LTE2와 삼성 갤럭시 S3(맨 오른쪽).

‘옵티머스 LTE2’와 ‘갤럭시 S3’. 정보기술(IT) 기기를 좋아하는 사람이라면 누구나 알 만한 두 최신 스마트폰의 공통점은 무선충전 기술을 채택했다는 점이다.

휴대전화 무선충전 시대가 본격적으로 열렸다. 휴대전화 무선충전 기술이 대중화하면 기기에 맞는 충전기를 찾아 여기저기 헤맬 필요가 없다.

무선충전 기술이 휴대전화뿐 아니라 가전기기로까지 확대되면 어지럽던 전선도 사라질 것으로 보인다. 대청소라도 하려면 방을 옮겨갈 때마다 청소기의 코드를 옮겨 끼워야 했던 번거로움이 사라지고, 배터리만으로는 기껏해야 서너 시간밖에 버티지 못하는 노트북도 장시간 사용할 수 있을 것이다. 여행 갈 때면 충전기를 꼭 챙겨야 했던 디지털카메라와 MP3플레이어 같은 모바일기기도 사용하기가 훨씬 간편해질 전망이다.

과거에는 ‘무선’이라고 하면 와이파이(WiFi)나 3세대(3G) 이동통신처럼 데이터를 선 없이 전송하는 무선통신 기술을 떠올렸다. 무선통신 기술 덕에 가정과 사무실에서는 통신선이 사라졌다. 하지만 전원을 연결하는 선은 여전히 전자기기를 따라다닌다. 이 선마저 사라지게 할 무선전력전송 기술이 요즘 핫 이슈다.

자기유도 vs 자기공명

무선전력전송 기술은 말 그대로 전선 없이 전력을 전송하는 기술이다. 이 기술이 상용화하면 근거리에서는 배터리 없이도 전력전송이 가능해 무선기기를 사용할 수 있다. 배터리를 장착한 기기라면 무선충전도 가능하다.

무선전력전송은 전파 전송 원리를 이용한다. 전력 에너지를 무선전송에 유리한 마이크로파로 변환해 에너지를 전달하는 방식이다. 무선전력전송은 크게 자기유도(접촉식 전송) 방식과 자기공명(근거리 전송) 방식으로 나눈다.

LG전자가 휴대전화에 세계 최초로 장착해 출시한 무선충전 기능은 자기유도 방식을 사용한다. 충전 패드 내부의 코일이 주변에 자기장을 만들어 휴대전화에 전류를 흘리는 방식으로 충전한다. 전원에 연결한 충전 패드 내 코일이 자기장을 발생시키고, 스마트폰에 내장한 2차 코일이 유도전류를 만들어 배터리를 충전하는 것이다. 자기유도 방식은 전극이 외부에 노출되지 않고 패드에 맞닿아 있기만 하면 충전되기 때문에 물에 노출되는 전동칫솔과 전기면도기에 많이 썼다. 공급전력 대비 60~90% 효율로, 전력 효율이 높은 편이다.

자기공명 방식은 근거리에서 최대 수십 와트(W)를 무선으로 전송한다. 이 방식도 코일 2개를 이용한다. 2개의 소리굽쇠가 서로 공명해 소리를 내는 것처럼, 2개의 구리 코일을 같은 자장에서 공명하도록 파장을 맞춰 전력을 전송하는 것이다. 두 객체 사이의 동일한 주파수 환경에서만 자기장이 발생하기 때문에 전자파 우려 없이 여러 대의 스마트기기를 동시에 충전할 수 있다.

미국 매사추세츠공대(MIT)는 2008년 무선전력전송을 ‘10대 기술’로 선정한 이래 자기공명 방식의 무선전력전송 기술 연구에 매진 중이다. 2m 거리에서 60W 전력전송 시연에 성공하기도 했다. 노트북이나 휴대형 전자기기, 전기자동차 등에 적용할 것으로 예상된다. 공급전력 대비 약 50%의 효율을 바라본다.

LG전자가 스마트폰에 무선충전 기능을 내장한 데다, 최근 갤럭시S3도 무선충전 기능을 채택함에 따라 무선충전 시대가 본격화할 것으로 보인다. 가전제품 제조사에서도 무선충전 기술을 적용하는 작업이 한창이다. LS전선은 1월에 최대 2m까지 무선으로 전력을 전송해 전기·전자 제품을 작동하는 자기공명 무선충전 시스템을 개발하고 국내 첫 시연에 성공했다.

김형원 LS전선 기기사업부장 상무는 “자기공명 무선충전 시스템은 사업 영역에 새로운 장을 열어줄 것”이라며 “향후 아파트나 공공건물 같은 빌트인 시장 공략에 주력할 계획”이라고 말했다. 이 기술이 가전제품에 상용화하면 진공청소기나 로봇에도 적용할 수 있을 것으로 보인다. 시장조사 기관 IMS리서치에 따르면 무선충전 모바일기기는 2015년 1억 대를 넘어설 전망이다.

이제 막 무선전력전송 시장이 형성되는 만큼 우위를 선점하려는 기업 간 경쟁이 치열하다. 삼성전자와 LG전자는 차기 전략 스마트폰에 각각 다른 무선충전 기술을 채택해 3D TV와 유기발광다이오드(OLED) TV에 이은 또 하나의 기술경쟁에 들어간 셈이다.

전송 과정에서 전력 낭비 커

LS전선 직원이 최대 2m까지 무선으로 전기를 보낼 수 있는 ‘자기공명 무선전송 시스템’을 이용해 TV와 스마트폰을 작동하고 있다.

앞다퉈 표준 선점에도 나섰다. 삼성전자는 최근 퀄컴, SK텔레콤 등 국내외 7개 기업과 자기공명 방식 무선충전 기술 개발을 위한 연합체 ‘A4WP(Alliance for Wireless Power)‘를 설립했다. 독일 자동차 관련 업체 페이커어쿠스틱, 미국 모바일 액세서리업체 에버윈, 가구업체 길인더스트리, 이스라엘 무선충전 솔루션업체 파워매트도 참여한다. 자기유도 방식은 2008년 설립한 연합체 WPC (Wireless Power Consortium)를 중심으로 개발됐다. WPC에는 LG전자를 비롯한 100여 개 기업이 참여한다.

기업 간 경쟁이 불붙으면서 특허 출원도 늘었다. 디스플레이 시장조사 기관인 디스플레이뱅크가 발행한 ‘모바일 무선충전 기술 핵심 특허 분석’에 따르면, 모바일 무선충전 기술 특허 출원 건수는 2005년 36건에서 2010년 206건으로 크게 증가했다. 미국이 전체 40%에 달하는 가장 많은 특허를 보유한 것으로 나타났다. 우리나라가 29%로 그 뒤를 잇는다. 무선충전 방식별로 보면 자기유도 방식이 47%로 자기공명 방식(37%)보다 많았다.

임창섭 디스플레이뱅크 선임연구원은 “삼성전자는 자기공명 방식, LG전자는 자기유도 방식으로 각기 다른 기술을 채택해 관심이 집중되고 있다”며 “현재 표준화와 충전 효율, 안전성 등 기술적 완성도는 자기유도 방식이 높지만 전송 거리가 짧다는 한계가 있어, 기술 완성도를 높이면 자기공명 방식 무선충전 기술로 대체될 것”이라고 전망했다.

이런 환경이 구축되면 전선이 없어지고 충전기는 물론, 궁극적으로는 배터리도 없어질 수 있다. 모바일기기는 그야말로 선으로부터 완전한 자유를 얻는 셈이다. 충전소 부족과 충전에 걸리는 시간이 걸림돌인 전기자동차 상용화도 속도를 낼 수 있다. 도로 곳곳에 충전 시스템을 마련해놓으면 전기자동차가 달리는 도중에도 자연스럽게 충전할 수 있을 테니 말이다.

물론 넘어야 할 산이 많다. 무선전송 과정에서 낭비되는 전력이 많다는 점이 가장 큰 문제다. 전력이 무선으로 전달될 때 인체에 미치는 영향도 아직 밝혀지지 않았다.