신흥기업이 추진하는 전기자동차(EV) 전지, 급속충전 및 소형화 추구

신흥기업이 추진하는 전기자동차(EV) 전지, 급속충전 및 소형화 추구

전기자동차(EV) 개발 경쟁을 벌이고 있는 자동차 업체들이 현재 주력하고 있는 것은 여차하면 충전설비를 어떻게 찾을 수 있을지 하는 소비자들의 불안감을 덜어주기 위한 주행거리 연장이다. 그러나 배터리 스타트업들은 이미 더 소형이고 오래 사용할 수 있으며 저렴하면서도 충전이 빠르게 되는 차세대 배터리의 실용화에 힘쓰고 있다.

자동차 업체들은 시장을 이끄는 테슬라를 뒤쫓는 형태로 1회 충전부터 다음 충전까지 300마일(482km) 달릴 수 있는 EV 생산을 목표로 하고 있다. 한편 배터리 스타트업들은 향후 공공 충전시설이 보급되면서 주행거리가 크게 중요하지 않게 될 것으로 보고 니오브와 실리콘 카본, 텅스텐 등 신소재를 이용한 급속 충전 배터리를 시험하는 단계에 들어갔다.

배터리는 EV를 구성하는 부품으로 가장 가격이 비싸다. 그런 만큼 정말 급속충전이 가능하고, 나아가 충전시설을 곳곳에서 이용할 수 있게 되면 자동차 제조사 입장에서는 더욱 소형 배터리를 갖춘 EV를 생산하고 저렴한 가격으로 보다 판매량을 늘림으로써 이익을 확대하는 비즈니스 모델이 구축될 것이다.

산화니오브 전극을 이용해 단 몇 분 만에 충전이 가능한 배터리 개발을 추진 중인 영국 스타트업 니오볼트의 시바레디 최고경영자(CEO)는 EV시장의 고가인 초기 채용자(얼리어답터)들은 비교적 크고 주행거리를 늘려주는 배터리 팩을 원했다. 왜냐하면 그 구매력이 있었기 때문이다. 보다 가격을 중시하는 주류 채용자에게는 더 작지만 (화석연료차와) 똑같이 5분 만에 연료 충전이 가능한 배터리 팩이 필요할 것이라고 말했다.

현재 세계의 차량용 배터리 생산시장을 지배하고 있는 것은 중국업체들이며, 예를 들면 닝더시대, CATL는 1회 충전 주행거리를 길게 하는 배터리 개발을 진행시키고 있다. 반면 니오볼트와 같은 영국의 에티온테크놀로지스, 미 그룹 14개 테크놀로지스 등 서구 스타트업들은 충전시간이 매우 짧은 배터리 시장투입에 주력하고 있다.

스타트업의 데이터를 제공하는 피치북에 따르면 지난해 차량 배터리 기술 관련 투자는 94억달러로 2020년 15억달러에서 6배 이상으로 증가했다.

배터리 소형화는 EV 수요가 높아지는 가운데서도 소재공급 제약을 완화해 중국이 정제와 가공분야를 좌지우지하고 있는 코발트나 니켈 사용량을 줄이는 효과도 있다. 또 자동차회사는 EV 생산에서 유해한 소재사용과 온실가스 배출이 모두 적어질 것이라고도 어필할 수 있다.

포드사의 파리 CEO는 6월, 「매우 고가의 배터리의 최소화를 위해 차를 재설계함으로써, 업계의 양상은 일변할 것이다」라고 강조하고 있다. 포드로서도 2026년 차세대 EV 투입 시에는 타사에 대항할 수 있는 주행거리를 유지하면서 배터리는 가능한 한 소형으로 하고 싶다는 생각을 나타냈다.

◆ <일반용 실용화에는 시간일 필요>

지금의 배터리는 전력을 흡수하는 능력에 한계가 있다. 급속 충전하면 배터리 수명이 줄어들기 때문에 대부분의 EV는 충전속도에 제한을 두고 있는 실정이다.
그러나 니오볼트의 시바레디는 4개의 배터리를 3분 내외로 충전했고, 이들을 연결한 자동청소기가 바쁘게 작업하는 광경을 보여줬다.

니오브는 안정적인 성질의 금속으로 철강제품의 내구력 강화에 사용되는 경우가 많으며 세계 최대 광상은 브라질과 캐나다에 있다. 니오볼트나 에티온에 따르면 전극기술을 이용함으로써 니오브의 배터리가 현재 제품보다 충전시간이 훨씬 짧아지고 게다가 수명이 크게 늘어난다.

다만 니오볼트가 현재 공을 들이고 있는 것은 경주용 고성능 EV용 배터리이다. 시바레디는 자동차 업체들이 이 회사 배터리를 일반 대중용 차에 쓸 태세가 갖춰지기까지는 아직 몇 년이 걸릴 것으로 내다봤다.

에티온 배터리도 당초 용도는 상용 EV로 상시 가동되고 있어 급속한 충전이 요구되는 광산 사업용 EV 등이 염두에 두고 있다. 장 드 라 베르필리에 CEO는 2025년까지는 보통 승용차에 자사 배터리를 제공하는 것을 목표로 내세우며 "배터리가 소형화되면 판매가격이 낮아져 더 많은 사람들이 EV를 살 수 있게 될 것"이라고 설명했다.

브라질의 니오브 생산·정제 대기업 CMBB는, 에티온을 비롯한 몇몇 스타트업에 투자하는 동시에, 나노 원, 도시바, 폭스바겐(VW)의 트럭·버스 부문 트레이톤의 브라질 자회사 등과 니오브를 이용한 배터리 실증실험을 하고 있다고 한다.

CMBB 배터리 사업 책임자는 니오브의 에너지 밀도는 현행 몇몇 배터리보다 최대 20% 낮아지겠지만 수명이 아마도 3배에서 10배로 늘어나고 안전성이 높아지면서 몇 분 안에 충전이 가능할 것이라고 밝혔다.

스타트업들이 개발하고 있는 배터리용 소재는 니오브뿐만이 아니다. 그룹 14개 테크놀로지스는 실리콘 카본을 사용한 전극으로 리튬이온 배터리의 축전량을 최대 50% 높인다. 이 회사는 5월 투자자로부터 4억달러를 조달했다.

메르세데스가 지원하는 배터리 업체 스토어닷이 그룹 14개 소재를 시험한 결과 10분 만에 80% 충전에 성공했다. 그룹 14의 루에베 CEO는 이 회사의 기술로 5분 급속 충전이 가능할 것이라며, 5분이나 10분 만에 완전충전이 가능해지면 (EV의) 주행거리가 150마일이든 300마일이든 큰 의미는 없어질 것이라고 잘라 말했다.