[소소한 과학] 무선충전의 종류, 원리

3주전 즈음에 무선충전패드 구매 후기를 포스팅했었다. 애플을 제외한 회사들의 제품만 지원하던 무선충전 기능이 애플도 아이폰8과 X의 후면을 글래스로 교체하면서 이제 대부분의 스마트폰들은 무선충전을 지원한다.

이에 따라 소비자들의 무선충전기에 대한 관심도 커지고 있으며, 업체들 또한 더 나은 기술을 개발하기 위해 심혈을 기울이고 있다.

현재 사용중이거나 개발중인 무선충전 방식은 2가지이다. 가장 상용화된 자기유도 방식, 개발중인 자기공진 방식이 있다. 전자기파 방식도 있지만 상용화되기 까지는 먼 기술이다.

자기유도 방식

스타벅스, 공항에 있는 무선충전패드나 시중에 구할 수 있는 무선충전패드들은 모두 자기유도 방식의 충전기다. 자기유도 방식은 전자기 유도 원리를 이용하는데, 전자기 유도 원리에 의하면 자기선속이 변화하면, 기전력이 발생하게 되어 회로같은 경우 전류가 흐르게 된다.

이를 이용해 충전패드에 들어있는 코일에 전원을 연결하여 자기장을 발생시키면, 패드와 접촉해있는 스마트폰 내부의 코일에서 유도 전류가 흘러 스마트폰이 충전되는 것이다.

다만 자기유도방식의 단점은 유효충전거리가 최대 41mm 에 불과하여 사실상 케이블만 없을 뿐 유선충전과 크게 다를 것이 없다는 것이다. 이를 보완한 방식이 자기공진 방식이다.

자기공진 방식

자기공명현상을 이용하는 자기공진 방식은 1차, 2차코일이 필요하다는 점에서 자기유도 방식과 비슷하지만, 전자기 유도 현상을 이용하는 것이 아닌 공명현상을 이용한다. 자기공진 방식에서는 1차 코일과 2차 코일의 공진주파수를 일치시켜서 1차코일에서의 에너지를 2차코일로 보낸다.

이론적으로 원거리 충전이 가능하고 여러 기기가 한번에 충전이 가능한 자기공진 방식은 만약 상용화가 된다면 자기유도 방식보다 훨씬 유용할 것이다. 하지만 정확한 위치에 송신장치와 수신장치가 위치하지 않으면 효율이 크게 감소하게 된다. 설계도 어려우며, 전자파 문제를 해결해야 한다. 문제들을 잘 보완하여 다듬는다면 혁신적인 기술이 될 것이 확실하므로 많은 기업에서 연구중이다.

미래 무선충전의 모습

리튬이온 배터리 기술 향상은 한계에 다다르고 있다. 새로운 2차전지를 개발하기 전까지는 현재 스마트폰들이 갖고있는 배터리 문제는 해결되기가 쉽지 않을 것이다. 이를 보완해줄 수 있는 방법 중
하나가 바로 무선 충전 기술이다. 무선 충전 기술이 빠르게 문제들을 보완하고 개선된다면 공공장소에서 휴대폰을 들고다니기만 해도 충전이 되는 세상이 올것이다. 일상속에 무선충전이 함께하는 시대가 열리기를 기대한다.