10 분간 완전 충전으로 500km 주행, 한국, 미국, 일본의 모든 고체 배터리

배터리는 전기 자동차의 경쟁력을 결정하는 핵심 요소입니다. 전기 자동차 제조 비용에서 배터리 비율도 약 40 %를 차지합니다. 세계 전기차 시장을 장악하고있는 미국 테슬라가 매년 신제품을 발표하는 날을 ‘배터리 데이’라고 부르는 것도 이와 관련이 없다. 그러나 현실은 전기 자동차 배터리가 내연 기관을 완전히 대체 할 수있는 충분한 성능을 아직 달성하지 못한 것입니다.

전기차 ‘게임 체인저’혁신 전쟁
폭발 등 액체 전해질 단점 개선
일본 토요타, 1-2 년 이내 양산 목표
미국 Quantumscape, 2025 년 출시

삼성 SDI와 LG 에너지 솔루션이 뒤쳐져 있습니다
상용화까지 고 니켈 히트

곧 이야기가 바뀔 것 같습니다. 내연 기관차에 비해 뒤지지 않는 전기차가 등장 할 것으로 예상된다. 커피를 마시면서 100 % 충전하고 한 번 충전으로 최대 800km를 달릴 수있는 전기차. 한국, 미국, 일본을 중심으로 ‘긴 충전 시간, 짧은 주행 거리’등 전기 자동차의 단점을 획기적으로 개선 할 수있는 ‘드림 배터리’개발에 대한 열정이 뜨겁기 때문이다.

기본적으로 전기 자동차 배터리는 양극 (+)과 음극 (-) 사이의 리튬 이온 (Li-ion)을 충전 및 방전합니다. 이때 리튬 이온이 이동하는 도로 역할을하는 ‘전해질’이 배터리의 성능을 결정합니다. 현재 전기 자동차에 사용되는 전해질은 액체입니다. 가격은 저렴하지만 충전 시간이 길고 용량이 적다는 한계가 있습니다. 배터리 용량에 따라 다르지만 일반적으로 100 % 충전 (완전 충전)까지 2 ~ 3 시간이 걸리며 한 번 충전으로 약 300km를 달릴 수 있습니다. 특히 전해질 자체는 발화점이 낮은 액체이기 때문에 열이나 충격을 받으면 폭발 할 수 있습니다. 국내외 전기차 화재의 주요 원인은 배터리 다.

리튬 이온 배터리 충전 시간 길고 낮은 용량

이러한 단점을 개선하는 방법은 전해질을 고체로 바꾸는 ‘전 고체 배터리’입니다. 원리는 기존 리튬 이온 배터리와 동일하지만 전해질이 액체보다 발화점이 높은 고체이기 때문에 폭발 위험이 적습니다. 또한 충전 시간이 짧고 성능이 좋아지고 볼륨을 줄일 수있어 ‘드림 배터리’라고 불린다. 이호근 대덕대 자동차학과 교수는 “지금까지 개발 된 가장 발전된 형태의 전기 자동차 배터리”라고 말했다. “올 솔리드 스테이트 배터리와 같은 차세대 배터리를 누가 주도 하느냐에 따라 시장이 바뀔 수있다.”

그래픽 = 박춘환 기자 [email protected]

현재 약 40 조원 규모의 전기차 배터리 시장은 한국, 중국, 일본의 세 부분으로 나뉜다. 차세대 배터리 인 ‘게임 체인저’는 현재 시장 게임을 완전히 바꿀 수 있습니다. 이 때문에 기존 자동차 배터리의 강국 인 한국, 중국, 일본뿐만 아니라 미국, 독일의 배터리 및 완성차 업체들도 고체 배터리 개발에 주력하고있다. 일본은 상업화가 가장 앞선 국가입니다. 일본은 리튬 이온 배터리 분야에서 한국과 중국에 대한 리더십을 잃어 자존심을 잃어 가며 전 고체 배터리 개발에 더욱 적극적이다. 일본의 도요타는 12 월 11 일 자체 전 고체 배터리를 공개했다. Toyota에 따르면 배터리는 단 10 분 만에 완전히 충전 될 수 있으며 한 번 충전으로 500km를 실행할 수 있습니다.

특히 도요타는 올 솔리드 스테이트 배터리 관련 특허를 1,000 개 이상 보유하고 있습니다. 업계는 도요타가 특허를 가진 전 고체 배터리 개발 경로를 막고있어 후 발주자들이 어려움을 겪고 있다고 설명한다. 한 자동차 제조사 관계자는 “토요타는 지금까지 전기차에 관심이없는 것 같았지만 초기에는 배터리 개발에 매달렸다”며 “적절한 배터리를 만들면 회전 할 수있을 것으로 예상한다”고 분석했다. 전기 자동차 시장은 언제든지. ” 실제로 도요타는 올 솔리드 배터리를 탑재 한 세계 최초의 전기차를 올해 공개해 1 ~ 2 년 안에 양산을 목표로하고있다.

전기차 배터리 분야에서 미미한 존재였던 미국도 고체 배터리를 완성하는 과정에있다. 전기차 배터리 스타트 업 퀀텀 스케이프는 12 월 8 일 개발중인 전 고체 배터리가 15 분 만에 80 % 충전 할 수있는 수준에 도달했다고 발표했다. 한 번 충전으로 약 483km (300 마일)를 달릴 수 있으며 수명은 12 년입니다. Quantumscape는 Microsoft 창립자 Bill Gates와 독일 폭스 바겐이 투자 한 회사입니다. 폭스 바겐은 2025 년 권 텀 스케이프의 전 고체 배터리를 탑재 한 전기 자동차를 출시 할 계획이다. 퀀텀 스케이프의 재 그딥 싱 CEO는 “전 고체 배터리 개발에 성공하면 테슬라도 우리 제품을 사용하고 싶어 할 것이다. ” 삼성과 현대 자동차가 투자 한 미국 솔리드 파워도 2026 년까지 올 솔리드 스테이트 배터리를 상용화 할 계획이다.

일본 전체 고체 배터리 특허의 54 %

일본과 미국에 비해 국내 기업의 전 고체 전지 상용화는 다소 뒤쳐져있다. 삼성 SDI는 지난해 5 월 한 번 충전으로 800km 주행이 가능한 전 고체 배터리의 연구 결과를 공개했다. 이 연구를 바탕으로 삼성 SDI는 2027 년까지 전 고체 배터리를 양산 할 계획이다. LG 에너지 솔루션은 지난해 실적 컨퍼런스 콜에서 2028 ~ 2030 년까지 전 고체 배터리를 상용화하겠다고 발표했다.

이러한 한국, 미국, 일본의 주요 배터리 관련 업체 간의 차이는 관련 특허에서 확인할 수있다. 유럽 ​​특허청 (EPO)과 국제 에너지기구 (IEA)에 따르면 전 고체 전지의 국제 특허 중 일본은 54 %, 미국은 18 %, 한국은 12 %를 차지하고있다.

그렇다고 국내에서 새로운 수출품으로 자리 매김 한 ‘K- 배터리’가 경쟁력을 잃고 있다는 의미는 아니다. 전 고체 전지 상용화까지는 아직 극복해야 할 산이 많고, 계획대로 진행 되더라도 2 ~ 3 년 남았다. 고체 상태로의 전환에서 기존 리튬 이온을 대체 할 수있는 배터리는 적합하지 않지만 K- 배터리는이 분야에서 한발 앞서있는 것으로 평가됩니다. 대표적인 예로 LG 에너지 솔루션이 올해 상반기 세계 최초로 상용화 할 ‘NCMA (니켈, 코발트, 망간, 알루미늄) 배터리’와 ‘NCA (니켈-코발트-알루미늄) 배터리’가 대표적이다. ‘삼성 SDI.

NCMA · NCA는 니켈 함량이 높은 ‘고 니켈’배터리로 기존 배터리에 비해 연비가 100km 이상 증가했습니다. 안정성을 높여 전 고체 배터리가 상용화 될 때까지 전기차 배터리 시장의 주요 트렌드가 될 것으로 예상된다. 실제로 현대 자동차와 GM, 미국 테슬라는 올해 고 니켈 배터리를 탑재 한 전기차를 선보일 계획이다. 하이 투자 증권 원석 원석 연구원은 “올해는 특히 고성능 중대형 전기차 배터리에 대한 수요가 크게 증가 할 것으로 예상된다”고 말했다. 성능과 안정성이 향상된 배터리가 늘어납니다.

Hyundai Ioniq 5 및 Mercedes EQA와 같은 새로운 전기 자동차

올해 도로에서 더 많은 전기차를 보게 될 것 같습니다. 세계 주요 자동차 제조사들은 올해를 ‘전기 자동차의 원년’으로 선언하고 다양한 신차 출시를 준비하고있다. 현대 · 기아차는 지난해 말 공개 한 전기차 플랫폼 ‘E-GMP’를 기반으로 ‘아이 오닉 5’, ‘CV'(프로젝트 명), 제네시스 ‘JW (프로젝트 명)를 선보일 예정이다. 올해. E-GMP 전기차는 한 번의 충전으로 국내 기준으로 500km 이상을 주행 할 수 있으며, 5 분 충전으로 100km를 주행 할 수 있습니다.

또한 초고속 충전기를 사용하면 18 분 안에 최대 80 %까지 충전 할 수 있습니다. 한국 지엠은 올해 약 6 대의 신차를 출시 할 계획이며 그중 2 대는 전기차이다.

하나는 ‘볼트 EV’의 일부 수정 모델이고 다른 하나는 SUV 유형의 새로운 전기 자동차입니다. 쌍용 자동차는 프로젝트 명 ‘E100’이라는 코란 급 전기차도 선보일 예정이다.

메르세데스-벤츠 코리아는 지난해 공식적으로 ‘더 뉴 EQC’를 출시했으며 올해는 ‘EQA’와 ‘EQS’를 선보일 예정이다. BMW 코리아도 iX와 X3 기반 전기차 ‘iX3’를 출시합니다. 아우디 폭스 바겐 코리아는 올해 만 쿠페 형 ‘e-tron Sportback 55’, ‘ID.4’등 전기차 4 대를 선보일 예정이다. 고성능 전기 자동차 인 e- 트론은 30 분 만에 최대 80 %까지 충전 할 수있는 것으로 알려졌다.

국내외 분석 기관은 전기차 시장이 올해부터 2030 년까지 빠르게 성장할 것으로 내다보고있다. 시장 조사 기관 마크 라인스에 따르면 지난해 10 월 글로벌 전기차 판매량은 전년 동기 대비 125 % 증가했다. 329,000 개로 사상 최고입니다. 코로나 19 재 확산 세와 계절적 요인으로 인해 전체 자동차 판매가 약 5 % 마이너스 성장했지만 전기 자동차 판매는 높은 연속 판매를 기록했습니다.

SNE 리서치에 따르면 올해 글로벌 전기차 판매량은 6878,000 대에이를 것으로 예상된다. 이는 지난해 예상 판매량 (480 만대) 대비 43.3 % 증가한 것이다. SNE 리서치는 세계 전기차 시장이 연평균 21 % 성장해 2030 년 4000 만대로 성장할 것으로 내다봤다. 모건 스탠리는 올해 전기차 판매가 작년보다 50 % 증가 할 것으로 내다봤다. 내연 기관차는 2 ~ 5 % 만 증가합니다.

SNE 리서치 측은“국내 시장에서는 정부가 6 월까지 자동차 개별 소비세 감면 연장을 발표하면서 자동차 산업 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 예상된다”고 밝혔다. 정부는 기존 개통 세율을 30 %로 유지하고 100 만원 한도를 새로 정하기로 결정했다.

황정일 기자 [email protected]


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