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LG에너지솔루션, 인니 배터리 양극재 공장 11월 건설 착공
- LG에너지솔루션과 인도네시아 배터리 회사(IBC) 컨소시엄이 소유한 양극재 공장이 2023년 11월 착공에 들어간다. 인도네시아 매체 IDX채널 닷컴은 25일(현지시간)는 한국 기업 LG에너지솔루션과 인도네시아 배터리 코퍼레이션 간의 지분 협상이 완료돼 2023년 11월 양극재 공장이 착공에 들어간다고 보도했다. 25일 바흐릴 라하달리아(Bahlil Lahadalia) 인니 투자부 장관 겸 BKPM 대표는 자카르타에서 "(지분 협상이) 완료되었으며, 업스트림은 50%, 다운스트림은 국영기업이 35%, 컨소시엄이 75%를 차지할 것"이라고 말했다. 투자부 장관은 "양극재 공장 건설에는 다수의 인도네시아 국영 기업이 참여할 것"이라고 전했다. 라하달리아 장관에 따르면, 자카르타 인근 카라왕 산업단지에 위치한 LG에너지솔루션의 배터리 생산 능력 10기가 와트시(GWh)의 공장은 2024년 2월 1단계 생산을 시작할 예정이다. 아울러 2단계 증설 투자로 2024년 1월에 전기차 배터리 공장을 착공할 예정이다. 이번 합작 공장에서는 LG에너지솔루션의 하이니켈 'NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄)' 배터리셀을 생산한다. 고함량 니켈(N)과 코발트(C), 망간(M)에 출력을 높여주고 화학적 불안정성을 낮춰줄 수 있는 알루미늄(A)을 추가한 고성능 NCMA 리튬이온 배터리셀이다. 2024년부터 생산되는 현대차와 기아 E-GMP기반 전기차와 차세대 전기차에 탑재될 예정이다. 이와는 별도로 LG에너지솔루션은 전기차(EV)용 저가형 리튬인산철(LFP) 배터리를 2026년부터 생산하겠다고 25일 발표했다. 이창실 LG에너지솔루션 최고재무책임자(CFO) 부사장은 이날 3분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 "저가형 EV 배터리 시장 대응을 위한 제품 포트폴리오를 확대할 계획"이라고 밝혔다. 이 부사장은 "LFP 기반 제품을 적극 개발 중"이라며 "파우치(배터리)가 가진 셀 무게, 공간 활용률 등의 강점을 결합하고 셀 구조 개선과 공정 혁신 등을 추진해 EV용 LFP·LMFP(리튬망간인산철) 기반 신규 제품을 생산할 것"이라고 말했다. 그는 "이 제품(LFP·LMFP 배터리)은 2026년과 2027년에 연속해서 선보이는 것을 목표로 준비 중"이라며 구체적인 일정을 명시했다. 리튬인산철(LFP) 배터리는 국내 배터리 업계가 주력해온 양극재가 세 종류 금속으로 구성되는 삼원계 'NCM(니켈·코발트·망간)' 배터리보다 전기차 주행 거리는 짧아도 가격이 저렴한 것이 장점이다. 중국 업체인 CATL, 비야디 등이 그동안 LFP 배터리 시장을 주도해왔으며, LG에너지솔루션은 프리미엄 배터리에 집중해왔다. LG에너지솔루션은 최근 글로벌 전기차 업체들이 저가형 모델에 LFP 배터리 채택을 확대하자 중저가 시장 수요 대응에 나선 것. 그러나 최근 유럽 지역 전기차 시장이 느리게 회복하면서 성장 둔화세가 뚜렷해지면서 전기차 배터리 시장에 경고음을 울리고 있다. 이창실 부사장은 "4분기 들어 주요 고객사의 보수적인 전기차 생산 계획에 따른 물량 조정 가능성이 일부 있는 것은 사실"이라며 "4분기에는 3분기에 비해 소폭의 매출 성장이 있을 것으로 보인다"라고 말했다. 이어 "내년 수요는 기대보다 좀 줄어들 가능성이 있다고 본다"며 "그로 인해 내년 매출 성장률은 올해만큼 크지는 않을 것"이라고 전망했다. 다만 그는 "일시적 변동성에 연연하지 않고 장기적 관점에서 사업 준비에 집중하려 한다"며 "북미 중심 성장 모멘텀을 계속 이어 나가되 시장에서 가장 경쟁력 있는 제품을 만들고, 스마트팩토리와 밸류체인 확보 등을 통해 경쟁력을 확보하는 것이 중요하다"고 강조했다.
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LG에너지솔루션, 인니 배터리 양극재 공장 11월 건설 착공
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친환경 배터리 재활용 기술로 알루미늄‧리튬 대량 회수
- 스웨덴 샬머스 대학의 연구팀이 전기차 폐배터리 셀로부터 알루미늄 100%와 리튬 98%를 회수할 수 있는 친환경 배터리 재활용 기술을 개발했다고 광업·금속산업 전문지 마이닝 닷컴(MINING.COM)이 보도했다. 이 연구팀은 식물에서 추출한 옥살산이라는 유기 화합물을 이용해 폐자동차 배터리에서 알루미늄과 리튬을 우선적으로 추출했다. 이후 순차적으로 코발트, 니켈, 망간 등 다른 금속도 회수했다. 이번 연구의 주재료인 옥살산은 일반적으로 시금치나 루바브에서 발견되는 유기화합물로 기존의 무기 화학물질에 비해 독성이 낮고 환경에 미치는 영향이 낮다. 한국에서는 익숙하지 않은 채소인 루바브의 세모꼴 이파리는 옥살산이 과다 함유돼 식용으로 사용하지 못하는 것으로 알려졌다. '세퍼레이션 앤드 퓨러퍼케이션 테크널러지(Separation and Purification Technology)' 저널에 실린 논문에 따르면 이 기술은 폐리튬이온 배터리의 내용물을 고체 미립자로 분쇄하는 것으로 시작한다. 여과 과정을 거친 그 결과, 투명한 액체인 옥살산에 용해된 미세하게 분쇄된 흑색 분말이 생성되면서 각종 금속을 회수하는 원리다. 연구원들은 온도와 농도, 시간의 미세한 조절을 통해 옥살산을 활용해 리튬과 코발트 등을 회수하는 새롭고 획기적인 방법을 발견한 것. 수석 연구원 마르티나 페트라니코바(Martina Petranikova)는 "무기 화학 물질에 대한 대안이 절실히 필요하다. 현재 공정에서 가장 큰 장애물 중 하나는 알루미늄과 같은 잔류 물질의 제거다. 이 새로운 방법은 재활용 산업에 혁신적인 대안을 제시하며, 전기차 폐배터리 개발을 방해하는 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 설명했다. 연구원들이 개발한 이 방법은 '습식 제련'이라고 불리며, 전통적인 습식 야금 공정과는 다르다. 습식 야금에서는 전기차 배터리 셀의 모든 금속이 무기산에 용해된다. 그러나 이 새로운 방법에서는 '불순물'로 분류되는 알루미늄과 구리 같은 재료가 제거된 후에, 코발트, 니켈, 망간, 리튬과 같은 귀금속이 분리 회수된다. 기존 방법은 알루미늄과 구리의 잔여량은 적지만, 여러 번의 정제 과정이 필요하며 이 과정에서 리튬의 손실이 발생할 수 있다. 새롭게 개발된 방법은, 일반적인 순서와는 반대로 리튬과 알루미늄을 먼저 회수함으로써 새 배터리 제조에 필요한 귀중한 금속의 낭비를 줄일 수 있다. 이 과정에서 생성되는 검은색 물질의 여과 과정은 마치 커피 추출을 연상시킨다. 여과 과정을 통해 알루미늄과 리튬이 액체 상태로 분리되며, 다른 금속들은 '고체' 상태로 남게 된다. 그 다음 단계는 알루미늄과 리튬을 분리하는 것이다. 논문의 수석 저자인 레아 루케트(Léa Rouquette)는 "각 금속이 매우 다른 특성을 가지고 있어서 분리 작업은 그리 어렵지 않을 것이라 생각한다. 우리의 방법은 배터리 재활용 분야에서 새로운 가능성을 열고 있으며, 더 깊게 연구할 가치가 있다"라고 말했다. 페트라니코바 수석연구원은 "확장 가능한 방법이기 때문에 앞으로 몇 년 동안 이 분야에서 널리 사용될 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 한국 배터리 재활용 기술 시장 전망 전기차의 보급이 확대됨에 따라 한국의 배터리 재활용 시장도 성장세가 예상된다. 정부는 2030년까지 배터리 재활용률을 90%로 끌어올리려는 목표를 세우고 있으며, 이를 향한 기술 개발이 활발히 진행 중이다. 포스코케미칼, LG화학, SK이노베이션 등 주요 기업들이 친환경 배터리 재활용 기술 개발에 투자하고 있다. 특히 포스코케미칼은 리튬이온 배터리에서 리튬을 효과적으로 회수하는 새로운 기술을 연구하고 있다. 이 기술은 리튬이온 배터리의 양극재로부터 리튬을 효율적으로 추출하며, 기존 방법에 비해 리튬의 손실을 줄이는데 초점을 맞추고 있다. 또 포스코케미칼은 최근 스웨덴의 리튬 이온 배터리 재활용 회사인 노르드볼트와 양극재 리사이클링 기술 개발에 관한 협약을 맺었다. LG화학은 리튬이온 배터리로부터 코발트와 니켈을 더 효율적으로 회수하기 위한 기술을 연구 중이다. 이 기술은 배터리의 양극재와 음극재를 분리해 코발트와 니켈을 회수하는 과정을 포함하며, 이를 통해 기존 방법에 비해 코발트와 니켈의 회수율을 향상시킬 수 있다. SK이노베이션은 리튬, 코발트, 니켈, 망간을 리튬이온 배터리로부터 회수하는 새로운 기술을 개발하고 있다. 이 기술은 배터리를 고온에서 처리하여 이들 금속을 추출하는 방식으로, 기존 공정보다 에너지 효율이 높다. 한국의 친환경 배터리 재활용 기술은 국제적으로도 주목받고 있는 분야다. 지속적인 기술 개발이 활발하게 진행됨에 따라, 한국은 전기차 배터리 재활용 분야에서 세계적인 선두 위치를 차지할 것으로 예상된다.
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친환경 배터리 재활용 기술로 알루미늄‧리튬 대량 회수
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리튬이온전지보다 저렴하고 안전한 '수계이차전지' 개발
- 리튬이온 배터리는 현재 가장 널리 사용되는 에너지 저장 장치 중 하나이지만, 여러 문제점들이 도출되고 있다. 주요 원료의 비싼 가격과 한정된 매장량, 그리고 화재 위험성 등 다양한 문제점들이 제기되고 있어 대안이 필요하다. 이에, 많은 연구자들이 경제적이면서도 안전한 리튬이온 배터리의 대체품을 개발하기 위해 노력하고 있다. 과학기술·의학전문 매체 사이언스엑스(Science X)에 따르면, 한국과학기술원(KIST)의 오시형 박사팀은 비용과 안전을 충족하는 수계이차전지를 개발했다. 이 연구는 '에너지 스토리지 머티리얼(Journal Energy Storage Materials)' 저널에 게재됐다. 수계이차전지는 리튬이온전지에 비해 원재료 비용이 상당히 저렴하며, 경제적인 이점이 있다. 다만 물이 분해되면서 발생하는 수소 가스와 관련된 내부 압력 상승과 전해질 고갈 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 과학자들은 지금까지 금속 음극과 전해질 사이에서 발생하는 수소를 줄이기 위해 표면 보호층을 개발하여 접촉 면적을 최소화하는 방법을 사용해왔다. 그럼에도 불구하고, 금속 음극의 부식과 그에 따른 부반응으로 인해 전해질의 물이 지속적으로 분해되어 수소 가스가 발생, 이로 인해 장기간 사용랑 경우 폭발 위험이 존재했다. 이 문제를 해결하기 위해 오시형 박사 연구팀은 전지 내에서 발생하는 수소 가스를 자동으로 물로 변환시키는 새로운 방법을 개발했다. 이산화망간과 팔라듐으로 구성된 복합촉매를 이용해 전지의 성능과 안전성을 동시에 향상시킨 것. 이산화망간은 일반적으로 수소 가스와 반응하지 않지만, 팔라듐을 약간 첨가하면 수소 가스가 촉매에 더 쉽게 흡수되어 물로 변환된다. 연구팀은 이번에 개발한 이 새로운 촉매를 사용한 프로토타입 셀에서는, 셀 내부 압력이 0.1기압으로 매우 안정적인 상태를 유지했으며, 전해질의 고갈 현상도 발견되지 않았다고 밝혔다. 이 연구는 수계 이차전지의 주요 안전 문제 중 하나를 효과적으로 해결해, 향후 에너지 저장 장치(ESS)의 상용화에 있어서 중요한 진전을 가져올 것으로 예상된다. 리튬이온전지를 더 경제적이고 안전한 수계이차배터리로 대체한다면, 글로벌 에너지 저장 시스템(ESS) 시장의 빠른 성장을 촉진할 가능성이 있다. KIST의 오시형 박사는 "이 기술은 수계이차전지에 적용될 수 있는 내장형 안전 메커니즘 기반의 맞춤형 안전 전략과 연관되어 있으며, 위험 요소를 자동으로 제어한다"고 말했다. 그는 또한 "이 기술은 수소 가스 누출이 큰 위험 요소인 수소 충전소와 원자력 발전소 등의 다양한 산업 시설에서도 활용될 수 있어 사람들의 안전을 더욱 보장할 수 있을 것"이라고 강조했다. 한편, 수계이차전지는 친환경적이고 안전한 특성을 가지고 있으며, 원재료 비용도 리튬이온전지에 비해 약 10분의 1 수준으로 경제적이라는 장점이 있다. 수계이차전지가 원료물질이 고가이면서 폭발 가능성이 높은 유기용매 전해질을 사용하는 리튬이온전지를 대체한다면 중대형 이차전지의 보급이 대규모로 확대될 수 있다. 이번 연구는 한국 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 나노미래소재원천기술개발사업과 중견연구자지원사업을 통해 진행됐다.
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리튬이온전지보다 저렴하고 안전한 '수계이차전지' 개발
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테슬라 사이버트럭 11월 30일 배송 시작
- 전기자동차 테슬라가 생산하는 사이버트럭이 오는 11월30일부터 배송을 시작한다. 미국 매체 KTLA5는 21일(현지시간) 테슬라는 지난 19일 X(구 '트위터')에 게시한 성명에서 사이버트럭 배송이 11월 30일부터 시작될 예정이라고 밝혔다고 보도했다. 테슬라가 사이버트럭 배송 날짜를 밝힌 것은 이번이 처음이다. 테슬라의 사이버트럭은 텍사스의 공장에서 지난 7월부터 사전 생산 단계에 있다. 다음 달 배송 시작이 확정됨에 따라 오스틴 근처에 위치한 텍사스 공장에서 곧 첫 번째 고객에게 직접 전달될 예정이다. 테슬라는 X를 통해 "사이버트럭 생산은 올해 말 예정대로 진행 중이며, 11월 30일에 기가 텍사스에서 첫 인도가 예정되어 있다"고 밝혔다. 그러면서 "고밀도 4680 셀 생산은 계획대로 진행되고 있으며, 미국에서 양극재 생산 및 리튬 정제를 위한 생산 능력을 계속 구축하고 있다"고 전했다. 테슬라 CEO 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 초기에는 생산량이 적겠지만, 2024년까지 점차 증가할 것이라고 밝혔다. 또한, 그는 풀사이즈 전기 픽업 트럭이 초기 12~18개월 동안 큰 이익을 가져오지 않을 것이라고 전망했다. 지난 분기에 테슬라는 23억 달러의 조정 순이익을 보고했다. 이는 전년 대비 37% 감소한 수치다. 최근 테슬라의 급격한 이익 감소는 전체 라인업의 가격을 인하한 것이 원인이다. 사이버트럭은 2019년에 콘셉트카로 처음 공개됐다. 원래 2021년 말에 생산이 시작될 예정이었지만 여러 차례 지연되면서 출시가 예정보다 늦어졌다. 여기에는 원래 사양의 변경과 새로운 기술 구현의 필요성이 포함된다. 새로운 기술 중 하나는 현재 회사가 사용하는 것보다 에너지 밀도가 더 높은 배터리 셀이다. 그러나 새로운 배터리 셀을 통해 테슬라가 이미 발표한 것보다 더 많은 주행 거리를 제공할 수 있을지는 확실하지 않다. 2019년 사이버트럭 콘셉트 공개 당시 테슬라는 이 전기 트럭이 250마일, 300마일, 500마일 이상의 배터리 옵션을 제공할 것이라고 밝힌 바 있다. 또한 사이버트럭은 19피트 길이로 대부분의 차고에 주차할 수 있을 만큼 적절한 크기를 가지고 있다. 또 4개의 모터로 구성된 파워트레인이 탑재될 예정이다. 한편, 테슬라는 8월 최신 데이터 기준 유럽에서 모델 Y는 여전히 모든 종류의 차량 중 가장 많이 팔리는 차량이라고 전했다.
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테슬라 사이버트럭 11월 30일 배송 시작
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중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견
- 배터리 산업에 혁신을 가져올 수 있는 새 희토류가 중국에서 발견됐다. 중국 내몽골의 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 새로운 갈색 흑색 광석 '니오보바오타이트'를 찾아냈다. 영국 매체 테크라운드 최신호는 이 광석에는 희토류 니오븀(Niobium)이 풍부하게 함유되어 있다며 니오븀은 전자 제품, 비행기 제조, 배터리 등에 사용되는 중요한 금속이라고 전했다. 연구에 따르면, 니오븀은 배터리의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 배터리에 니오븀을 주입하면 기존의 리튬 이온 변형에 비해 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있다. 싱가포르 국립대학교의 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto) 교수는 "중국은 이 니오븀의 양과 질에 따라 자급자족 할 수 있다"고 말했다. 브라질, 니오븀 공급 지배 브라질은 글로벌 기준에서 니오븀의 세계 최대 공급 국가이며, 캐나다가 그 뒤를 잇고 있다. 브라질에서는 브라질 금속광산회사(CBMM)가 다양한 기관과 공동으로 리튬 배터리에 니오븀을 적용시키기 위해 대학과 연구센터, 배터리 제조업체 등과 협력하고 있다. 스웨덴에서도 최근 니오븀을 포함한 희토류 1백만 톤 이상이 발견되어 유럽에서 가장 큰 매장량을 자랑하고 있다. 희토류 원소는 전기자동차와 풍력 터빈을 비롯해 미사일 유도 시스템이나 레이더 시스템과 같은 방위 장비에 이르기까지 다양한 제품을 제조하는 데 없어서는 안 될 필수 요소이다. 희토류 발견의 의의 새로운 희토류 발견은 중요한 역할을 한다. 니오븀과 다른 희토류 원소는 전자 제품과 기술 발전에 필수적이며, 제품의 강도 향상과 전자기기 배터리의 효율적인 충전을 촉진한다. 이러한 원소들은 다양한 분야에서 사용되므로, 세계 여러 국가는 외부 공급 의존도를 줄이고, 안정된 신뢰할 수 있는 공급망을 유지하기 위해 자국 내 새로운 희토류 원천을 찾는 것을 중요시한다. 중국은 세계 희토류 원소의 60%를 공급하며 상당한 광물 가공 능력을 갖추고 있어, 많은 국가들이 필수 무역 파트너로 여기고 있다. 예를 들어, EU는 청정 에너지로의 전환과 관련한 중요 광물을 얻기 위해 중국에 98% 의존하고 있다. 특정 국가 의존도 해소가 관건 우리나라는 희토류의 자급률이 낮아 대부분 수입에 의존하고 있다. 산업통산자원부에 따르면 희토류 수입의존도가 니오븀 베트남 91%, 마그네슘 중국 84%, 텡스텐 중국 65%, 기타 희토류 중국 50% 순으로 확인됐다. 희토류의 가격이 상승하면 배터리 생산 비용이 증가하여 배터리 가격이 상승할 수 있다. 이는 전기차의 가격 상승으로 이어져 전기차 보급에 걸림돌이 될 수 있다. 중국이 희토류 물질의 수출을 제한할 경우 우리나라 반도체와 배터리 산업은 큰 타격을 입을 수 있다. 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 노용호 국민의힘 의원은 지난 10일 "특정 국가 의존도가 높은 코발트와 리튬, 니켈, 망간 등 이차전지 원료를 비롯해 첨단산업에 필수적인 광물 공급망을 다각화하고 분산화해야 한다"고 말했다. 중국, 흑연 수출 통제 한편, 중국 정부는 이차전지 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高)민감성 흑연을 수출 통제 대상으로 분류했다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 2023년 12월1일부터 적용된다. 수출 통제 대상이 된 품목은 고순도(순도 99.9% 초과), 고강도(인장강도 30Mpa 초과), 고밀도(밀도 ㎤당 1.73ｇ 초과) 인조흑연 재료와 제품, 그리고 구상흑연과 팽창흑연 등 천연 인상흑연과 제품이다. 중국 상무부 대변인은 이날 홈페이지에서 "기존에 임시 통제됐던 구상흑연 등 고민감성 흑연 품목 3종을 이중용도 품목(민간 용도로 생산됐으나 군수 용도로 전환 가능한 물자) 통제 리스트에 포함시켰다"고 밝혔다. 흑연은 이차전지 음극재 원료로 중국 의존도가 높은 한국에도 파장이 우려된다. 산업통상자원부에 따르면 한국은 2021년 기준 인조흑연의 87%, 천연흑연의 72%를 중국에서 수입했다. 앞서 중국은 지난 8월 첨단 반도체 제조에 쓰이는 갈륨과 게르마늄 관련 품목의 수출을 통제한 데 이어 흑연까지 제한해 자원을 무기화 하는 게 아니냐는 우려가 현실로 나타나고 있다.
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중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견
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독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발
- 독일의 스타트업이 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 신형 고체 전지의 개발에 성공해, 상용화를 앞두고 있다. 스페인 에너지 전문 매체 '리뉴어블 에너지 매거진'에 따르면, 독일 HPB(High Performance Battery)의 귄터 햄비처 박사 연구팀이 세계 최초의 시리즈 생산용 고체 전지를 선보였다. 이번 고체 전지 개발은 배터리 및 에너지 저장 분야에서 높은 성과를 거두며, 가정용부터 산업용, 자동차 산업에 이르기까지 광범위한 분야에 적용될 전망이다. 특히 HPB의 고체 전지는 기존 리튬이온 배터리보다 월등한 성능을 자랑한다. 내구성 면에서도 1250회 충전이 가능한 리튬이온 배터리에 비해, 이 신형 고체 전지는 최소 1만2500회의 충전이 가능하며, 불연성이라는 높은 안전성도 갖췄다. 또한, 환경 친화적인 면에서도 기존 기술에 비해 50% 이상 우수한 성능을 보이고 있어 에너지 및 이동성 분야에서 '녹색 혁명'을 주도할 기술로 평가받고 있다. HPB 고체 전해질은 현재 널리 사용되고 있는 액체 전해질에 비해 뛰어난 전도성이 특징으로, 이는 전지 셀에서 사용 가능한 전력에 큰 영향을 준다. 실제로, 영하 40°C에서도 HPB 고체 전해질은 기존 액체 전해질이 영상 60°C에서 보이는 최적의 전도성보다도 더 높은 성능을 나타냈다. 자동차 산업에 적용될 고성능 충전식 배터리 개발을 위해 HPB는 이 고체 전해질을 활용한다. 이로 인해 극한의 낮은 온도 환경에서도 배터리가 안정적으로 작동할 수 있으며, 따라서 겨울철에 배터리를 예열하는 작업이 필요 없게 되었다. 또한, HPB 고체 배터리의 수명이 더 길어져 교체 주기가 늘어나 원자재 소비도 줄어든다. 사용되는 주요 원자재들은 전 세계적으로 안정적으로 확보가 가능해, 현존하는 지정학적 의존성 문제도 해결할 수 있을 것으로 보인다. 플래시 배터리 테크(Flash Battery Tech)는 "최근 고체 전지 연구 결과, 현재 리튬 이온 기술보다 2-2.5배 더 높은 에너지 밀도를 가진 것으로 확인되었다"고 밝혔다. 그는 "이러한 고체 배터리의 도입은 더 가볍고 컴팩트한 배터리를 가능하게 해, 전기자동차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있다"고 덧붙였다. 기술의 실제 적용을 통해 그 효과를 확실히 알 수 있을 것으로 보인다. 이론적으로, 54Kwh의 전기자동차(EV) 배터리 용량이 108-135Kwh로 증가할 경우, 한 번의 완전 충전으로 64만4805km(40만500마일)를 주행할 수 있을 것으로 예상된다. HPB의 세바스찬 하인즈(Sebastian Heinz) CEO는 "우리 기술은 단순히 배터리 기술의 새로운 장을 여는 것이 아니라, 전세계적인 에너지 전환과 기후 보호에도 중요한 역할을 하고 있다"며, "독일과 유럽, 인도 등 여러 국가에서 이미 우리 기술에 큰 관심을 보이고 있으며, 스위스에서는 이 기술을 활용한 기가팩토리 설립도 계획 중에 있다"고 설명했다. 한편, 한국에서도 전고체 배터리 분야에서 주목할 만한 성과가 나왔다. 김현우 한국기초과학지원연구원(KBSI) 선임연구원과 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수가 이끄는 팀은 산화물 기반 'LATP' 고체 전해질막을 개발했다. 이 전해질막은 높은 온도에서 소멸하는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 사용하여 만들어졌으며, 이를 통해 상업적으로 사용될 수 있을 만큼 충분한 이온 전도도를 가지고 있다. 또한, 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 한국전자통신연구원(ETRI)의 연구팀은 흑연-실리콘 기반의 전극에 사전 리튬화 기술을 도입하여, 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진 전고체 전지용 전극을 개발했다. 이로 인해 전극의 초기 충방전 효율이 개선되었으며, 전기화학적 성능도 향상됐다. 특히, 리튬화 과정에서 일어나는 전극의 부피 팽창이 약 40% 감소하여, 전극의 수명이 더욱 연장되었다는 결과가 나왔다.
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독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발
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삼성SDI‧한국산업기술평가관리원, 리튬이온배터리용 내화성 젤 공개
- 삼성SDI와 한국산업평가관리원 과학자들이 화재 위험이 낮은 리튬이온배터리용 내화성 젤을 개발했다. 호주 매체 미라지뉴스는 17일(현지시간) 한국의 유니스트(UNIST) 에너지·화학공학부의 송현곤 교수, 한국화학연구원 첨단특수화학연구센터의 정서현 박사, 한국에너지기술연구원 울산에너지기술연구센터의 김태희 박사가 이끄는 공동 연구팀이 배터리 기술의 획기적인 이정표를 세웠다며 불연성 젤 고분자 전해질(GPE)을 개발해 리튬이온 배터리(LIB)의 열 폭주와 화재 사고 위험을 완화해 안전성을 획기적으로 개선했다고 보도했다. 리튬이온 배터리의 잠재적인 가연성은 특히 지하 주차장에 있는 전기 자동차(EV)에서 심각한 화재 우려가 제기됐다. 연구팀은 이 문제를 해결할 새로운 방법을 찾았다. 그들은 불연성 고분자 반고체 전해질을 성공적으로 개발해 배터리 화재를 효과적으로 줄일 수 있는 방안을 제시했다. 기존에는 불연성 전해질을 만들기 위해 난연성 첨가제나 끓는점이 매우 높은 용매를 주로 사용해 왔다. 그러나 이러한 방법은 종종 이온 전도도가 크게 감소해 전해질의 전반적인 성능을 저하시켰다. 연구팀은 전해질에 미량의 폴리머를 도입하여 반고체 전해질을 만들었다. 이 새로운 접근법은 기존 액체 전해질에 비해 리튬 이온 전도도를 33%까지 획기적으로 높였다. 또한 이 불연성 반고체 전해질을 적용한 파우치형 배터리는 고체-전해질 간상(SEI) 층을 형성하고 작동하는 동안 불필요한 전해질 반응을 효과적으로 방지해 수명 특성이 110% 향상됐다. 이 혁신적인 전해질의 주요 장점은 탁월한 성능과 불연성이다. 고분자 반고체 전해질은 배터리 화재 발생을 줄이기 위해 연소 중 연료 화합물과의 라디칼 연쇄 반응(Radical Chain Reaction)을 억제한다. 연구팀은 이러한 라디칼 반응의 안정화와 억제 능력을 정량적으로 분석하여, 개발된 고분자가 얼마나 우수한지를 입증했다. 정지홍 교수(UNIST 에너지·화학공학부)는 "배터리 내부의 고분자 물질과 휘발성 용매의 상호작용을 통해 라디칼 연쇄 반응을 효과적으로 억제할 수 있다"고 강조했다. 정 교수는 "전기화학적 정량화를 통해 불연성 전해질의 메커니즘을 이해하는 데 크게 기여할 것"이라고 말했다. 공동 제1저자인 김미금 UNIST 에너지·화학공학부 석사과정과 한국화학연구원의 연구팀은 다양한 실험을 통해 배터리 자체의 뛰어난 안전성을 추가로 확인했다. 그들은 그림 2와 같이 불연성 반고체 전해질을 파우치형 배터리에 적용, 실제 배터리 응용 분야에서 전해질의 불연성을 평가했고, 이를 통해 배터리의 종합적인 안전성을 검증했다. 송현곤 교수는 "UNIST의 전기화학, 한국화학연구원 첨단특수화학연구센터의 고분자 합성, 한국에너지기술연구원 울산첨단에너지기술연구센터의 배터리 안전성 시험 등 연구팀의 다학제적 구성이 이번 성과에 큰 힘이 됐다"고 말했다. 이어 "기존 배터리 조립 공정에 바로 적용할 수 있는 불연성 반고체 전해질을 사용함으로써 향후 보다 안전한 배터리 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 이번 연구는 국내 5건, 해외 2건의 특허를 출원해 그 의의를 더하고 있다. 또한 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 표지 논문으로 선정되어 2023년 10월 13일 온라인에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단(NRF), 과학기술정보통신부(과기정통부), 한국산업기술평가관리원(KEIT), 한국화학연구원(KRICT), 삼성SDI(주)의 지원으로 수행됐다.
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삼성SDI‧한국산업기술평가관리원, 리튬이온배터리용 내화성 젤 공개
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중국, 새로운 희토류 광석 발견..⋯글로벌 공급망 파장
- 희귀 광물 매장량이 가장 많은 중국에서 또 다른 새로운 광물이 발견됐다. 특히 반도체나 군사 무기에 주로 사용되는 희토류의 경우, 중국이 세계 매장량 1위를 차지하고 있다. 미국과 서방, 일본을 비롯한 주요국들이 중국 의존도를 줄이고 있는 가운데 매우 귀중한 이전 볼 수 없었던 새로운 광물이 발견돼 글로벌 공급망에 비상이 걸렸다. 과학 전문매체 '라이브사이언스(LiveScience)'는 중국 사우스차이나 모닝포스트(South China Morning Post)의 보도를 인용, 중국 과학자들이 초전도 특성으로 가치가 높은 희토류 원소를 포함한 새로운 광석을 발견했다고 전했다. 내몽골 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 발견된 '니오보바오티트(niobobaotite)'라는 광물은 나이오븀, 바륨, 티타늄, 철, 염화물로 구성됐다. 이 광물에는 초전도체 역할로 배터리 기술에 혁명을 일으킬 수 있는 귀중한 금속인 나이오븀이 포함 돼 있어 학계와 업계의 주목을 받고 있다. '나이오븀'은 현재 강철 생산에 주로 사용되며 무게를 많이 추가하지 않고도 강도를 높일 수 있다고 알려졌다. 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에 따르면, 다른 합금을 만들거나 저온에서 초전도체 특성을 가져 입자 가속기 및 기타 첨단 과학 장비에서 발견될 수 있다. 중국원자력공사(CNNC)는 바얀 오보 광산에서 2023년 10월3일 발견됐으며, 검은 갈색을 띤 광석은 광산에서 발견된 17번째 새로운 종류로, 해당 지역에서 발견된 150종의 새로운 광물 중 하나라고 설명했다. 싱가포르 국립대학교(NUS) 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto)는 "이 나이오븀의 양과 품질에 따라 중국은 자급자족이 가능해질 수 있을 것"이라고 전했다. 현재 중국은 나이오븀 95%를 수입하는 것으로 알려졌다. 브라질은 희토류 금속의 세계 최대 공급국이며, 캐나다가 뒤를 쫓고 있다. 미국 지질 조사국(US Geological Survey)에 따르면, 네브래스카 남부에 나이오븀 광산과 가공 시설을 개설하는 프로젝트가 진행 중이다. 엘크 크릭 크리티컬 미네랄 프로젝트(Elk Creek Critical Minerals Project)는 미국에서 유일한 나이오븀 광산이 될 것으로 보인다. 또한 연구자들은 나이오븀-리튬, 나이오븀-그래핀 배터리를 개발하기 위해 노력 중으로, 이 금속의 수요는 앞으로 더욱 증가할 수 있다. 이러한 배터리는 리튬과 함께 사용될 경웅, 화재 위험을 줄일 수 있다고 알려졌다. 나이오븀-리튬 배터리는 기존 리튬 배터리 보다 충전 속도가 빠르고 자주 충천할 수 있다는 장점을 지녔다. 지난 5월, NUS산하 첨단2D 재료 연구센터(CA2DM) 연구원들은 나이오븀-그래핀 배터리가 리튬 이온 배터리에 비해 10배 더 긴 약 30년 동안 지속될 수 있으며, 10분 미만의 시간 안에 완전 충전될 수 있다고 발표하기도 했다. 한편, 한국의 13개 주요 광물 수입액은 16조5000억원에 달하는 것으로 알려졌다. 이 가운데 리튬과 주석, 안티모니를 비롯한 8개 광물의 수입 의존도는 50%를 넘었다. 2021~2022년 주요 광물 국가별 수입 현황에 따르면, 리튬의 중국 의존도는 64%, 나이오븀의 베트남 의존도 91%, 희토류 중국 의존도는 50%로 각각 나타나 특정 국가에 의존도가 지나치게 높다는 우려를 낳고 있다.
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중국, 새로운 희토류 광석 발견..⋯글로벌 공급망 파장
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LG화학, 도요타에 3조원 규모 양극재 공급⋯이차전지 소재
- LG화학이 도요타와 이차전지 소재인 양극재 공급계약을 체결했다. 이는 LG에너지솔루션이 도요타와 체결한 전기차 배터리 공급계약에 이어 또 하나의 큰 계약으로 눈길을 끈다. LG화학은 10일 도요타 북미 생산·기술 담당 법인인 TEMA와 2030년까지 전기차용 양극재를 공급할 계약을 맺었다고 밝혔다. 이번 계약 규모는 총 2조8600억원이다. 업계 추산에 따르면 이는 약 60만∼70만대의 전기차를 생산할 수 있는 양이다. 이번 계약의 특징으로는 LG화학이 미국의 인플레이션 방지법(IRA)에 부합하는 양극재를 제조하여 공급한다는 점이다. 이로써 LG화학은 도요타와 장기적인 파트너십을 구축하게 될 전망이다. 특히 도요타 전기차에 LG화학 양극재 첫 도입이라는 사실로 인해 더욱 의미가 깊다. 앞서 LG에너지솔루션(LGES)은 이미 도요타와 20기가와트시(GWh)의 전기차 배터리를 공급하는 계약을 체결했지만, LG화학 측은 이번 계약이 그와는 별개의 계약이라고 밝혔다. 신학철 LG화학 부회장은 "북미에서의 전기차 구매자들에게 우수한 품질과 안정성을 제공하기 위해 도요타와의 협력을 강화할 것"이라면서 "안정적인 공급망을 바탕으로 종합 전지 소재 기업으로서의 지위를 더욱 확고히 하겠다"고 강조했다. 한편, LG에너지솔루션(LGES)은 지난 4일 도요타와 미국에서 생산되는 전기차용 배터리 공급 계약을 체결했다. LGES는 NCMA 롱셀 파우치형 배터리를 도요타에 공급한다. 10일 테슬라레티(TESLARATI)에 따르면 LGES는 2025년부터 매년 20GWh 규모의 고니켈 NCMA 배터리 모듈을 도요타에 공급하기로 했다. 이 회사는 도요타의 NCMA 배터리 모듈을 미시간주 신공장에서 생산하게 된다. 일본 자동차 제조사는 켄터키주 토요타 제조공장에서 생산되는 전기차에 LGES 배터리 모듈을 탑재할 계획이다. 도요타 자동차 북미 사장 겸 CEO인 테츠오 테드 오가와(Tetsuo 'Ted' Ogawa)는 "도요타의 목표는 탄소 배출량을 최대한 빨리, 최대한 많이 줄이는 것"이라고 말했다. 오가와 사장은 "북미에서 도요타의 다양한 경로 접근 방식과 배터리전기차(BEV) 성장 계획을 지원하기 위해 장기적인 관계를 통해 대규모 리튬 이온 배터리 공급을 확보하는 것은 우리의 제조 및 탄소 저감 계획을 달성하는 데 매우 중요하다. LG에너지솔루션과의 협력을 통해 고객이 기대하는 성능과 품질을 제공하는 제품을 제공할 수 있게 되어 기쁘다"고 밝혔다. 지난달 도요타는 2025년까지 60만 대의 배터리 전기차를 생산하겠다는 목표를 발표했다. 이번 LGES 공급 계약은 도요타의 목표를 향한 첫걸음이다. 계약의 일환으로 LGES는 미시간주 배터리 시설에 30억 달러를 투자하여 도요타의 요구사항만을 충족하는 셀 및 모듈 생산 라인을 구축할 예정이다. 새로운 생산 라인은 2025년까지 완공할 계획이다. 앞서 도요타는 2023년 5월, 켄터키에서 3열 배터리 전기 SUV를 공개하며 전기화에 대한 의지를 확고히 했다. 이 회사는 2025년까지 켄터키에서 새로운 전기 SUV의 생산을 시작할 것이라고 발표했다. 또한 3열 완전 전기 SUV의 배터리는 노스캐롤라이나에 있는 도요타의 배터리 제조 공장에서 생산될 것이라고 밝혔다. 이 자동차 제조업체는 3열 전기 SUV 생산을 위해 노스캐롤라이나에 있는 새로운 배터리 시설인 리버티 공장에 21억 달러를 추가로 투자할 계획이다. 리버티 공장은 2025년까지 6개의 배터리 조립 라인, 4개는 하이브리드 전기차 전용, 2개는 배터리 전기차(BEV)용 셀에 집중하여 생산을 시작할 예정이다.
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LG화학, 도요타에 3조원 규모 양극재 공급⋯이차전지 소재
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NASA, 리튬 배터리 에너지 밀도 '획기적' 개선
- 높은 에너지 효율로 주목 받아온 리튬 배터리가 환경 문제와 비싼 비용 문제로 여론의 뭇매를 맞고 있다. 에너지 기업들은 이에 대응해 대체재와 새로운 처리 기술 개발에 열을 올리고 있다. 이러한 가운데 미국 항공우주국(NASA)이 리튬을 대체하면서도 에너지 밀도를 눈에 띄게 개선했다는 소식이 전해져, 산업계에 큰 주목을 받고 있다. 미국 매체 '굿뉴스네트워크(GoodNewsNetwork)'는 나사가 기존 리튬 이온 배터리보다 배터리 수명과 방전 능력이 월등히 뛰어난 새로운 기술을 연구 중이라고 전했다. 현재 전기차의 핵심 기술로 자리 잡고 있는 리튬 이온 배터리는 사용 시간이 길어질수록 과열과 화재 위험, 전원 손실 등의 문제를 안고 있다. 이에 나사의 최신 프로젝트인 'SABERS(Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety)'는 이 문제점을 해결할 수 있는 고체 상태 배터리 팩 개발에 성공했다. 나사의 이번 연구 성과가 상용화된다면 전기차는 물론 다양한 전자기기의 배터리 수명과 안전성 문제에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다. SABERS는 항공 분야의 중대한 도전과제를 극복하기 위해 설계된 나사의 'CAS(Convergent Aeronautics Solutions)' 프로젝트에서 투자를 받아왔다. 이 프로젝트의 주요 연구 목표는 배터리를 활용한 항공기 운용이다. 현재 항공기는 전 세계 온실가스 배출량 중 약 2%를 차지하고 있어, 환경 오염 문제의 주요 원인 중 하나로 꼽힌다. 배터리는 탄소 배출이 많은 제트 연료에 대한 잠재적인 개선책으로 간주된다고 굿뉴스네트워크는 설명했다. SABERS의 최근 연구 성과로, 고체 상태 배터리는 지난해 시장의 다른 제품들보다 10배나 빠른 에너지 방출 속도를 보였으며, 기술 개선을 통해 이 수치가 추가로 5배 향상됐다. 또한 배터리 내의 황과 셀레늄 셀은 케이스 없이 직접 적층되어 무게 절감이 가능하다. 이로 인해 여러 배터리를 분리 과정 없이 쉽게 쌓을 수 있어 효율성이 높아졌다. 나사의 글렌 연구 센터에서 활동 중인 SABERS팀의 수석 연구원 로코 비기아노(Rocco Viggiano) 박사는 "현대 배터리 중 가장 첨단으로 여겨지는 리튬 이온 배터리에 비해, 새롭게 연구 중인 배터리의 에너지 저장 능력이 2~3배 높아질 것이며, 이에 따른 배터리의 중량도 30~40% 감소할 것"이라고 밝혔다. 또한 SABERS 연구팀은 이번 연구 성과로 현재 전기 자동차의 2배에 해당하는 1kg당 500와트시로 물체에 동력을 공급할 수 있게 됐다. 나사는 "올해 SABERS 프로젝트의 핵심 목표는 배터리의 성능이 에너지 및 안전 기준을 만족하면서도 실제 환경에서 최대 출력에서도 안전하게 작동할 수 있다는 것을 입증하는 것이었다"고 전했다. 나사의 SABERS 팀은 배터리 연구를 위해 조지아 공과대학과 협력을 펼쳐왔다. 비기아노 박사는 "조지아 공과대학은 배터리 셀의 작동 중 미세한 변화에 주목하고 있으며, 이러한 연구가 SABERS 팀에게 배터리 내부 압력의 변화를 관찰하는 데 큰 도움을 줬다"고 설명했다. 비기아노 박사는 또 "조지아 공과대학과의 협업을 통해 셀 제조 방식을 실질적으로 어떻게 최적화할 수 있는지에 대한 인사이트를 얻을 수 있었고, 이는 다양한 개선 방안으로 이어졌다"라고 강조했다. 나사가 연구 중인 'SABERS' 배터리는 고체 형태로 구성돼 화재 위험이 없어 항공기에 필요한 동력 공급에서 큰 장점을 보인다. 특히 이 배터리는 현존하는 리튬 배터리보다 두 배 더 높은 온도에도 안정적으로 작동하며, 경량화된 구조로 인해 제한된 공간 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 강점을 가지고 있다. 하지만, 이런 고성능 배터리의 제작 비용이 상당히 높아 실제 상용화까지는 시간이 소요될 것으로 전망된다.
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NASA, 리튬 배터리 에너지 밀도 '획기적' 개선
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전기차 '나트륨 이온 배터리' 급부상
- 전기 자동차 시장에서 오랫동안 리튬 이온 배터리가 주류를 차지해왔지만, 최근 나트륨 이온 배터리가 주목받기 시작했다. 지난 7일(현지시간) 독일 매체 아그라호이테(agrarheute)에 따르면 중국의 배터리 제조업체들은 이미 나트륨 이온 배터리 대량 생산에 돌입하며, 일부 전기차에도 탑재되기 시작했다. 독일에서도 이 기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다. 나트륨 이온 배터리는 현재 경쟁하는 기술과 마찬가지로 높은 에너지 밀도를 자랑하고 있다. 그리고 리튬 이온 배터리보다 더 가볍고 안전하며, 경제적이고 친환경적인 장점도 갖추고 있다. 중국 배터리 제조업체가 상하이 모터쇼에서 선보인 도시형 자동차는 나트륨 이온 배터리를 탑재하여 주행 거리 300km를 실현했다. 나트륨 배터리, 경제성·친환경성 장점 전세계적으로 배터리 패권 전쟁은 심화되고 있는 실정이다. 지난 9월 개최된 '2023 북미 배터리쇼'에서 연사로 나선 유니그리드(UNIGRID) 배터리의 CEO인 탄 다렌(Tan Darren) 최고경영자(CEO) 는 '첨단 나트륨이온배터리' 확보의 중요성에 대해 강조했다. 다렌 CEO는 "나트륨이온배터리는 리튬이온배터리와 구조가 유사하지만 가격이 높아진 '리튬' 대신 소금의 주 원소인 '나트륨'을 쓰기 때문에 재료가 풍부하고 생산 단가가 낮다는 장점이 있어 리튬이온배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다"라며 "나트륨 이온의 산화·환원 반응을 이용한 이 배터리는 합금 양극을 사용할 경우 출력 및 에너지 밀도에 있어서도 리튬이온배터리를 충족하거나 능가할 수 있다"라고 말했다. 실제로 리튬이 지구 지표면에 0.005%만 존재하는 반면 나트륨은 그 500배 이상인 2.6% 존재하는 것으로 알려져 있다. 다렌 CEO는 이어 "기업들은 나트륨 원료 확보와 공급망에 주목해야 할 때"라고 덧붙였다. 리튬 자원의 한정성과 그에 따른 환경적 부담, 코발트와 니켈 채굴의 문제점 등을 감안할 때 나트륨 이온 배터리로의 전환이 드롭인(drop-in) 기술로 제안되고 있다. 이는 기존의 배터리 생산 라인에서 빠르게 전환할 수 있다는 장점이 있다. 나트륨 이온 배터리의 가장 큰 장점은 코발트나 니켈과 같은 민감한 물질을 필요로 하지 않는다는 것이다. 또한, 가격 경쟁력도 높아져 리튬 이온 배터리 대비 약 40% 저렴하게 제조할 수 있으며, 온도 변동에 강한 점도 특징이다. 나트륨 이온 배터리는 1980년대부터 알려져 왔지만 초기의 낮은 에너지 밀도 문제가 크게 개선되면서 주목받기 시작했다. 배터리 전문가들은 특히 낮은 온도에서의 우수한 성능을 강조하며, 이 기술이 전기 자동차산업에 큰 변화를 가져올 것으로 예상하고 있다.
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전기차 '나트륨 이온 배터리' 급부상
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리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세
- 중국의 리튬이온 배터리(LIB) 관련 기술이 날로 발전하고 있다. 게다가 폐배터리 재활용 연구도 활발해 제조와 생산에 이어 재활용까지 명실상부한 배터리 산업 세계 1위 종주국 자존심을 지키려 애쓰는 모습이 역력하다. 최근 널리 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 모바일, 태블릿을 비롯해 전기자동차 등 다양한 분야에 쓰이고 있다. 현존하는 배터리 제품 중 에너지 저장능력이 탁월하다는 장점 등으로 그 수요가 증가하고 있다. 하지만, 리튬 가격 상승과 자원 고갈 문제, 독성 물질을 함유한 방전 배터리 처리 문제 등이 수면 위로 떠오르면서 리튬이온 배터리 재활용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 미국 산업 매체 오일프라이스(Oilprice)는 리튬이온 배터리의 재활용은 높은 품질의 리튬을 회수하기 복합하고 비용이 많이 들기 때문에, 대부분의 재활용 공정은 양극에서 리튬을 추출하는데 중점을 두고 있다고 지적했다. 리튬이온 배터리를 재활용하는 것은 매우 까다로운 공정이다. 다시 사용할 수 있을 만큼 높은 품질의 리튬을 회수하는 것은 복잡하고 비용이 많이 들어간다. 중국과학원(ICCAS) 화학연구소와 중국과학원(UCAS) 대학의 위궈궈(Yu-Guo Guo)와 칭하이 멍(Qinghai Meng)이 이끄는 연구팀은 리튬이온 배터리를 재활용 하는 대체 방법을 개발했다. 이 연구팀은 물 대신에 양극에서 리튬을 회수하기 위해 비양성자성 유기 용액을 사용했다. 양성자성 물질은 수소 이온을 방출할 수 없으므로 수소 가스가 생성되지 않는다. 대부분의 재활용 공정은 음극(방전된 배터리의 리튬 대부분이 위치한 곳)에서 리튬을 추출하는 것을 목표로 한다. 그러나 리튬은 음극에 포함된 다른 금속과 함께 침전되기 쉬워 분리하는데 까다로운 작업이 수반되기 마련이다. 주로 흑연(graphite)으로 이뤄진 양극에서 리튬 추출은 훨씬 효율적이며 배터리 방전 없이 수행할 수 있다. 그러나 수용액으로 침출되면 화재와 폭발 위험도 높다. 또 이러한 반응은 많은 양의 에너지를 방출하고 수소를 생성할 수 있다. 이에 연구팀은 양극에서 리튬을 회수하기 위해 물 대신 유기 용매를 사용했다. 유기 용매 물질은 수소 이온을 방출할 수 없어, 수소 가스가 생성되지 않는다. 이 용매는 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 에테르를 포함한다. 특정 PAH는 양극의 양성 리튬 이온과 전자 하나를 함께 흡수할 수 있으며, 온화한 조건에서 이 환원 반응은 효과적으로 제어고 매우 효율적이라는 설명이다. 또 연구팀은 PAH 피렌(네 개의 벤젠 고리로 된 여러 고리 방향족 탄화수소)을 테트라에틸렌글리콜디메틸 에테르와 함께 사용하면 양극에서 활성 리튬을 거의 완전히 용해 시킬 수 있었다고 부연했다. 추가로, 얻어진 리튬-PAH 용액은 새로운 양극에 리튬을 추가하거나 전처리 또는 사용된 양극을 재생하는 데 사용될 수 있다. PAH 용매 시스템은 처리되는 물질에 최적화하기 위해 다양하게 조절될 수 있다. PAH는 석탄, 기름, 가스, 쓰레기, 담배, 고기나 기타 물질이 연소될 때 형성되는 화학물질의 한 종류다. 오일프라이스는 "중국의 새로운 리튬 회수 공정은 효율적이고 비용이 저렴하며 안전 위험을 낮추고, 폐기물을 방지하며 리튬이온 배터리의 지속 가능한 재활용에 대한 새로운 전망을 열어준다"며 "아마도 전 세계 해변과 폐기물에 있는 수백만 개의 배터리를 재활용하는 해결책일 수 있다"고 평했다. 그러나 가장 큰 문제가 아직 남아있다. 재활용을 위해서는 먼저 배터리를 회수해야 한다. 어떤 공정을 사용하더라도 배터리를 수거하지 않으면 재활용 자체가 불가능하다. 게다가 화학 물질 사용도 문제다. 대부분의 사람들은 자신의 동네에 불쾌한 화학 물질이 들어오는 것을 원하지 않기 때문이다. PAH와 에테르를 포함한 것은 가스 밀폐 시설이 필요하며 원격 제어 기능이 반드시 필요하다. 한편, 오리온 마켓 리서치(Orion Market Research)에 따르면, 세계의 리튬이온 배터리 재활용 시장은 2022년~2028년까지 약 18.5% 성장할 것으로 예상하고 있다. 리튬이온 배터리 가격 하락에 의한 사용량 증가와 폐기물 처리에 대한 우려, 그리고 정부 정책 등이 재활용을 견인할 것으로 보여진다. 또한 LG에너지솔루션 자료에 따르면 세계 배터리 재활용 시장 규모는 2023년 108억 달러로 추정된다. 아울러 2024년 424억 달러, 2040년 2089억 달러 등으로 연평균 17% 성장할 것으로 전망되고 있다. 오일프라이스는 "하지만 무엇이든지 빨리 (대응을) 해야 한다"며 "사용된 리튬이온 배터리의 재앙적인 사고가 언젠가는 발생할 것이기 때문"이라며 리튬이온 배터리 재활용 방안 마련을 서둘러야 한다고 말했다.
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리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세
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LG화학, 中화유그룹과 모로코에 LFP 양극재 공장 구축
- 한국의 LG화학이 중국의 화유그룹과 업무협약을 체결해 리튬·인산·철(LFP) 양극재 사업에 본격 진출한다. 이와 함께 리튬 가공, 니켈 제련, 전구체로 이어지는 리튬·인산·철(LFP)양극재 소재 수직 계열화에 나선다. LG화학은 지난 22일(현지시간) 중국 화유그룹의 자회사인 유산(Youshan)과 양극재 공급망에 대한 포괄적 업무협약(MOU)을 맺었다고 24일 밝혔다고 연합뉴스가 전했다. 화유는 해외 고객들에게 더 가까이 다가가 현지 인센티브의 혜택을 받기 위해 해외 진출을 모색하는 중국 전기차 및 배터리 업체들에 합류했다. 이번 MOU로 LG화학과 화유그룹 산하 유산은 모로코에 전기차(EV) 배터리 소재 공장을 건설해 매년 5만t 규모의 LFP 양극재 합작공장을 짓는다. 2026년 양산이 목표다. 5만t은 보급형 전기차 50만대(350㎞ 주행 가능한 50㎾h 용량 전기차 기준)에 필요한 양극재를 만들 수 있는 양이다. 모로코 공장에서 생산되는 LFP는 북미 지역에 공급될 예정이다. 모로코는 LFP 양극재의 핵심 원재료인 인광석 매장량이 500억t으로 전 세계 매장량의 73%를 차지한다. LG화학은 또 모로코가 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺어 미국 인플레이션 감축법(IRA) 보조금을 받을 수 있는 자격 요건도 충족한다고 밝혔다. IRA는 미국이 전기차에 대한 중국의 공급망에서 이탈하는 것을 막기 위해 고안됐다. 자동차 배터리에 사용되는 중요 광물의 40% 이상을 미국 또는 자유무역 파트너로부터 조달하여 차량 1대당 3750달러(약 500만 원)의 세액공제를 받을 수 있도록 하고 있으며, 한국은 미국과 자유무역협정을 체결하고 있다. LFP 양극재는 주로 보급형 전기차에 쓰이는 배터리 소재로, 니켈·코발트·망간(NCM) 양극재보다 에너지 밀도는 낮지만 가격 경쟁력이 높아 고객사 수요가 증가하는 추세다. LG화학은 추후 LFP에 망간을 더해 용량과 출력을 높인 LMFP 양극재 등으로 사업을 확장할 계획이다. 또 LG화학은 모로코에서 화유그룹 산하 화유코발트와 리튬 컨버전 플랜트 사업도 추진한다. 컨버전 플랜트란 리튬 정광(리튬 광석을 가공해 농축한 고순도 광물)에서 양극재 생산에 필요한 수산화리튬과 탄산리튬을 추출하는 시설이다. 모로코 리튬 컨버전 플랜트는 2025년까지 연산 5만2000t의 리튬 양산 체제를 마련해 모로코 LFP 공장에 리튬을 공급할 에정이다. 이외에도 LG화학과 화유코발트는 인도네시아에서 니켈 제련·전구체를 아우르는 양극재 수직계열화를 위해 협력하기로 했다. LG화학은 인도네시아에 연간 5만톤 규모의 전구체 공장과 전구체 생산을 위한 니켈 광석의 혼합 수산화물 추출 공장 등 2개의 시설을 건설할 계획이라고 밝혔다. 신학철 LG화학 부회장은 "모로코의 양극재 공장을 전세계 주요 거점으로 설정하고, 급성장하는 LFP 양극재 시장에 능동적으로 대응하겠다"고 밝혔다. 또 신 부회장은 "원재료에서 전구체, 양극재에 이르는 소재 수직 통합 체계를 더욱 탄탄히 구축하겠다"고 말했다.
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- 산업
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LG화학, 中화유그룹과 모로코에 LFP 양극재 공장 구축
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
- 일본의 대표 리튬이온 배터리 제조사인 '파나소닉 홀딩스(HD)'가 전기 없이 수소를 생성하는 기술 연구에 본격적으로 착수했다. 이와 함께, 한국도 탄소배출을 하지 않고 수소를 만드는 '수전해' 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 일본 산업 전문 매체 '뉴스위치(Newswith)'에 따르면, 파나소닉 HD는 '메조결정(mesocrystal)'이라는 특별한 규칙적인 결정 구조를 가진 금속 산화물을 활용하면, 태양광만으로 광촉매의 원리로 물을 분해, 수소를 생산할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이로써 앞으로 수소 에너지 활용 시, 전기를 사용하는 문제를 극복할 수 있을 것이라는 전망이 나왔다. 메조결정(mesocrystal)은 아주 작은 단위결정들이 결합해 큰 구조를 형성하는 특징을 가진다. 직경이 수백 나노미터(나노는 1/10억)에서 수 마이크로미터(마이크로는 1/1백만) 크기이며, 규칙적이고 조밀한 방식으로 축적된다. 표면적이 증가하기 때문에 특성이 향상되고 광촉매 작용의 효율을 기대할 수 있다는 장점이 있다. 파나소닉 HD는 "소자 표면에 금속 산화물의 메조결정질 용액으로 코팅된 기판을 부착해 빛을 통한 광촉매 반응으로 수분을 분해하는 기술을 개발했다"고 밝혔다. 그러면서 "현재 초소형 실험 장비에서는 이 기술의 기본 작동 원리가 확인됐다"고 덧붙였다. 파나소닉은 2030년까지 이 기술의 프로토타입을 완성하는 것을 목표로, 메조 결정 구조를 더욱 정밀하게 제어하고 장치의 크기를 확장하는 연구에 주력할 계획이다. 또한, 태양광과 물을 분리해 얻은 수소로부터 추가 에너지를 얻기 위해 태양 전지판과 함께 사용하는 등의 응용 방법을 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 한편, 한국은 탄소배출을 최소화한 수소생산 기술, 즉 '녹색 수소' 생산에 집중하고 있다. 이를 위한 핵심 기술로는 신재생에너지와 수전해가 대표적이다. 수전해 기술은 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 과정이다. 이 중, 두산퓨얼셀은 양성자 교환막 기반의 고분자 전해질막(PEM) 수전해 시스템을 2023년 하반기에 상용화할 방침이다. 세계 1위의 선박평형수 전기분해 처리장치 제조사 테크로스는 알카라인 방식의 수전해 시스템 개방 중인 것으로 알려졌다. 이밖에도 SK E&S는 미국의 수소 전문 기업 플러그파워와 손잡고 수전해 분야로의 진출을 준비하고 있다.
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
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美 리튬이온 배터리,10분 만에 80% 충전 가능한 소재 개발
- 미국 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)의 연구진이 기존 리튬이온 배터리보다 훨씬 빠른 충전 속도와 오래 지속되는 수명을 가진 새로운 배터리 소재를 개발했다. 최근 사이테크데일리(SciTechDaily)에서 공개된 이 연구에 따르면, 새로 개발된 리튬이온 배터리는 단 10분만에 80%까지 충전이 가능하며, 1500사이클 이상 사용 수명을 자랑한다. 오크리지 국립연구소는 미국 에너지부가 후원하고 UT-Battelle이 연방 기금 연구 개발 센터 (Federally funded research and development centers,FFRDCs)로 관리와 운영을 하는 미국 다중 프로그램 과학 기술 국가 연구소다. 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 사용해 갑작스러운 충격이나 압력 변화에 내부 구조가 변화되면 온도가 상승해 폭발할 수 있다. 이번에 개발한 리튬이온 배터리의 핵심 기술은 탄산염 용매를 활용한 새로운 형태의 리튬 염과 이온 흐름의 향상에 있다. 연구팀은 이를 통해 고전류에도 견디며, 배터리 가열 문제가 크게 줄었다는 설명이다. 이번 연구결과는 전기 자동차(EV) 시장에서의 배터리의 충전 시간과 수명 문제를 크게 개선하는 데 기여할 것으로 보인다. 이는 전기자동차의 보급 확대와 환경 보호에 중요한 발판이 될 것으로 전망된다. 이번에 ORNL에서 개발된 배터리는 이온이 전해질, 즉 매개체를 통해 전극 사이로 움직이게 되는 원리로 작동 및 재충전된다. 연구원 즈이지아 두(Zhijia Du)는 탄산염 용매를 활용해 시간이 흐를수록 보다 효율적인 이온 흐름을 보장하는 리튬 염의 새로운 제형을 개발했다. 또한, 이 제형은 고속 충전 시 고전류에 의한 배터리 가열에 효과적으로 대응했다. 아울러 배터리의 안전성과 사이클링 특성을 입증하기 위해 ORNL의 배터리 제조 시설에서 만든 배터리 파우치 셀을 여러 차례 테스트했다. 즈이지아 연구원은 "이 새로운 전해질 제형을 통해 초고속 충전 배터리의 수명을 기존의 3배로 늘릴 수 있음을 확인했다"고 말했다. 이번 연구는 ORNL의 배터리 제조 시설에서 만든 배터리 파우치 셀을 통해 배터리의 안전성과 사이클링 특성을 입증하며 혁신적인 배터리 소재의 가능성을 높였다.
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- 생활경제
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美 리튬이온 배터리,10분 만에 80% 충전 가능한 소재 개발
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일본, 리튬이온 배터리 등 6개 품목 세계 점유율 1위
- 일본이 휴대용 리튬이온 배터리, 디지털 카메라 등의 분야에서 두각을 나타내고 있다. 일본 경제 매체 니혼게이자이신문이 최근 발표한 2022년 실시한 '주요 상품 및 서비스 점유율 조사'에 따르면, 일본 기업은 전체 63개 품목 중 6개 품목에서 세계 점유율 1위를 유지하고 있다. 일본의 세계 점유율에서 1위를 차지한 품목은 자동차, 오토바이, CMOS 이미지 센서, 휴대용 리튬이온 배터리, 디지털 카메라, A3 레이저 복사기 및 다기능 복합기였다. 그 중 디지털 카메라와 A3 레이저 복사기 및 다기능 복합기는 모두 캐논이 1위를 차지했다. 조사 결과 일본 기업들이 몇몇 전통적인 분야에서는 여전히 경쟁력을 유지하고 있지만, 성장 중인 시장 혹은 신기술 분야에서의 점유율이 줄어들고 있다는 분석이다. 특히 자동차용 리튬이온 배터리와 스마트 워치 분야에서 미국, 중국, 한국의 기업들이 선두로 나서는 것은 글로벌 경쟁력 측면에서 일본에 큰 도전이다. 일본 기업 중에는 1위를 차지하고 있지만 수익을 올리지 못하는 분야도 있으며, 이는 해외 대기업들이 해당 분야에 주력 투자를 하지 않는 것과 관련이 있을 수 있다는 지적도 나왔다. 디지털 카메라 시장의 규모는 2022년에 720만 대였다. 이는 2021년의 849만 대에서 15.2% 감소한 수치다. 스마트폰과 같은 고성능 기기의 카메라 기능이 발전함에 따라 디지털 카메라 시장이 어려움을 겪고 있는 결과다. A3 레이저 복사기 및 다기능 복합기 역시 2021년 대비 1.1% 감소한 337만 대로 출하 대수가 줄었다. 자동차용 리튬이온 배터리는 2021년 대비 시장 규모가 82.7% 증가했지만, 파나소닉 홀딩스(Panasonic Holdings) 점유율은 8.5%로 작년의 12.0%에서 3.5% 하락했다. 반도체 제조 장비에서도 시장 규모가 8.4% 증가하는 가운데, 도쿄 일렉트론(Tokyo Electron)의 점유율은 2.0% 감소한 13.2%를 차지했다. 이 두 회사 모두 점유 순위는 작년의 3위에서 4위로 내려갔다. 시장 규모가 11.3% 증가한 탄산 음료에서도 산토리 홀딩스(Suntory Holdings)와 아사히 그룹 홀딩스(Asahi Group Holdings)의 합산 점유율이 0.2 포인트 감소했다. 한편, 마이크로컨트롤러(MCU)는 시장 규모가 2자리로 급증했으며, 르네사스 일렉트로닉스(Renesas Electronics)는 0.4% 소폭 증가했다. 일본 기업들이 16개 품목에서 상위 3위 안에 든 것은 기술력과 경쟁력을 보여주는 지표로 볼 수 있다. 특히 조선 분야에서 이마바리 조선이 작년 5위에서 3위로 상승한 것은 주목할 만한 성과다. 중국과 한국 같은 강력한 경쟁자들 사이에서 점유율을 늘린 것은 이마바리 조선의 기술 및 경영 능력의 향상을 반영하는 것으로 볼 수 있다. 그러나 이 회사의 점유율은 작년 대비 0.1% 포인트 증가한 6.0%를 차지한 것은 조선 분야의 경쟁이 얼마나 치열한지 나타내는 방증이다. 액정용 유리에서는 일본 전기 유리가 작년의 3위에서 2위로 순위를 올리며, 작년 2위인 AGC를 눌렀다. 중소형 액정 패널에서는 샤프와 재팬 디스플레이(Japan Display)가 각각 1위로 올라섰다. 상위 5개 기업이 모두 일본 기업이었던 2개 품목 이외에는 점유율은 액정용 유리(40.7%), CMOS 이미지 센서(47.9%), 휴대용 리튬이온 배터리(37.5%), 베어링(24.6%) 등이었다. 이번 조사에서는 중대형 트럭, 주식 매매, 조선, 마이크로컨트롤러(MCU) 등 4개 품목에서 세계 1위가 교체되었다는 점도 주목할만 하다. 일본 기업은 일부 품목에서 높은 점유율을 유지하고 있지만, 이를 유지하고 새로운 분야에서 경쟁력을 향상시키기 위해서 연구 및 개발 투자를 확대하고, 글로벌 시장의 트렌드를 빠르게 파악하여 대응 전략을 세워야 할 것으로 보인다. 컨설팅 기업 PwC재팬(PwC Japan)의 피베트 쿠미코 시니어 매니저는 "성장 시장에서 리스크를 효과적으로 관리하면서 얼마나 강하게 공세를 가해야 하는지를 확실히 판단하는 것이 중요하다"고 말했다.
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- 산업
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일본, 리튬이온 배터리 등 6개 품목 세계 점유율 1위
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일본-캐나다, 전기차 배터리 공급망 구축 협력
- 일본이 캐나다와 베터리 공급망에 관한 협력 각서를 체결할 계획이다. 15일 일본 요미우리 신문과 니혼게이자이신문에 따르면 일본과 캐나다가 전기자동차(EV) 관련 중요 광물 채굴, 배터리 생산 등 공급망 구축을 위해 협력하기로 했다. 보도에 따르면 니시무라 야스토시 경제산업상은 오는 21일 캐나다를 방문, 조너선 윌킨슨 천연자원부 장관 등과 만나 배터리 공급망에 관한 협력 양해각서(MOU)를 체결하기로 했다. 이번 방문에는 파나소닉에너지와 미쓰비시상사 등 기업 관계자들도 동행한다. 이러한 움직임은 베터리 공급망을 더욱 다양화하려는 일본의 의지를 보여주는 것으로 풀이된다. 경제산업성 관계자는 자세한 설명은 생략한 채 "현재로서는 구체적으로 밝힐 수 없지만 배터리 공급망에 대한 협력 각서 체결을 검토하고 있다"며 말을 아꼈다. 협력 양해각서는 일본 기업이 캐나다 현지에서 자원 개발과 현지 생산을 확대하고 양국 정부가 이를 지원한다는 내용으로 들어가는 것으로 알려졌다. 닛케이는 일본의 공공 및 민간 부문이 전기 자동차(EV)용 중요 광물의 탐사 및 가공과 배터리 생산을 통해 캐나다에 공급망을 구축할 것이라고 전했다. 일본 정부는 지난 6월 자국내 배터리 생산에 대한 지원을 최대 22억 달러로 늘렸다. 캐나다 정부는 산업육성과 고용 창출 등을 기대해 현지에 진출하는 일본 기업에 보조금을 지원하는 방안도 강구 중인 것으로 전해졌다. 요미우리는 일본은 코발트, 흑연, 리튬 등 중요 광물의 상당 부분을 중국에 의존하고 있어 경제 안보 관점에서 대중 의존도를 낮출 필요가 있다고 전했다. 이어 캐나다는 미국 시장에 접근하기 유리한 환경을 갖고 있다고 덧붙였다.
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일본-캐나다, 전기차 배터리 공급망 구축 협력
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파나소닉, 2029년까지 드론용 전고체 배터리 생산
- 최근 우크라이나와 러시아 전쟁에서 승리의 판도를 뒤흔들고 있는 무기가 있다. 바로 '드론'이다. 드론은 '웅웅'하는 소리 때문에 붙여진 애칭으로 최근 일본의 파나소닉을 비롯해 한국의 SK온 등 여러 기업들이 소형 드론용 배터리 생산에 집중하고 있다. 일본 매체 닛케이아시아(Nikkei Asia)는 최근 테슬라와 협업하는 공급업체나 도요타 같은 기업들이 전기차에 적용되는 전고체 배터리 개발에 집중하는 가운데, 파나소닉 홀딩스는 2029년까지 소형 드론 및 공장 로봇을 위한 전고체 배터리 판매를 시작할 계획이라고 보도했다. 도요타와 같은 대기업들은 리튬 이온 배터리를 대체할 더 안전한 전기차용 배터리 기술의 개발 경쟁을 벌이고 있다. 파나소닉 그룹의 타츠오 오가와(Tatsuo Ogawa) 최고기술책임자(CTO)는 "새로운 배터리 기술은 초기에는 산업용으로 사용될 예정이며, 전고체 배터리 기술 중 일부는 자동차에도 적용될 것"이라고 밝혔다. 전고체 배터리는 액체 전해질을 쓰는 리튬이온 배터리와 달리, 고체 전해질을 사용해 만들어진 배터리로, 가연성 유기용제를 사용하지 않는다. 그 결과, 이 배터리는 리튬이온 배터리보다 안전성이 높고, 에너지 밀도가 높아져 전기차의 주행 거리를 늘릴 수 있다는 장점이 있다. 하지만 높은 비용과 대량 생산의 어려움이 주요 단점으로 지적된다. 도요타는 2027년까지 전고체 배터리를 장착한 전기차를 시장에 출시하는 것을 목표로 하여 1회 충전만으로 주행 가능 거리를 2배 이상으로 확장하려고 한다. 그 외에도 한국의 삼성SDI, SK온, LG에너지솔루션 등도 전고체 배터리의 개발에 박차를 가하고 있다. 현재 LG에너지솔루션은 2026년 고분자계 전고체 배터리와 2030년 황화물 전고체 배터리의 대량 생산을 목표로 하고 있다. 삼성SDI 역시 2027년에 황화물계 전고체 배터리를 대량 생산할 계획을 가지고 있다. 그러나 테슬라의 핵심 배터리 공급업체인 파나소닉은 차량용 전고체 배터리의 대량 생산 계획을 공개하지 않았다. 파나소닉 관계자에 따르면, 최근에 개발된 전고체 배터리는 기존의 최첨단 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 용량은 작지만, 충전 속도는 훨씬 빠르다. 또한, 가장 큰 약점으로 지적되었던 수명 제한 문제도 개선되었다고 전했다. 파나소닉은 이 배터리가 수만 번의 충전 주기를 견딜 수 있다고 발표했다. 이에 전문가들은 전고체 배터리 생산 회사들에게 긍정적인 영향을 미칠 것이라고 전망했다. 테크노 시스템 리서치(Techno Systems Research)의 후지타 미츠타카 연구원은 "드론은 제한된 시장일 수 있지만 새로운 기술의 발전은 여전히 견고하다"고 말했다. 전고체 배터리 개발에는 아직 극복해야 할 여러 문제점이 있지만, 소형 드론을 위한 전고체 배터리의 연구와 개발로 향후 더 큰 발전이 기대된다.
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파나소닉, 2029년까지 드론용 전고체 배터리 생산
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눈물로 충전하는 '스마트 렌즈 배터리' 개발
- 눈물로 작동하는 스마트 콘택트 렌즈가 개발됐다. 프랑스 매체 위진누벨(L`USINENOUVELLE)은 싱가포르의 난양 공과대학(Nanyang Technological University)의 연구팀은 지난 9월 초 눈물로 충전되는 배터리를 개발했다고 전했다. 이 스마트 콘택트 렌즈는 눈물을 이용하여 12시간 동안 작동 가능하다. 사용자의 안구 내에 있는 눈물만으로도 배터리를 충전하는 이 기술은 기존 렌즈와 같이 눈에 장착하여 다양한 정보를 제공한다. 이 기술의 도입으로 이메일 확인, 소셜 미디어 접근, 건강 모니터링, 시력 보정 등 다양한 기능이 눈 앞에서 가능해질 전망이다. 물론, 안전한 배터리 개발이 주요 과제로 거론되어 왔으나, 난양 공과대학의 연구팀은 혁신 기술을 통해 스마트 콘택트 렌즈의 보급이 한층 가까와졌다. 특히, 이번에 공개된 배터리는 두께가 0.5mm에 불과한 유연한 형태로, 솔루션 식염수에 담가놓기만 해도 충전이 가능하다. 눈물의 나트륨 및 포타슘 이온이 배터리의 포도당 기반 코팅과 반응하여 전기를 생성하는 원리로 작동한다. 눈물을 흘리기 위해 '타이타닉'과 같은 슬픈 영화를 볼 필요 없이, 평소의 눈물만으로도 이 배터리를 충전하는 데 문제가 없다고 연구진은 밝혔다. 과학자들의 연구 결과를 토대로, 이 배터리는 45 마이크로암페어(μA)의 전류와 201 마이크로와트(mW)의 최대 출력을 제공할 수 있어, 스마트 콘택트 렌즈의 12시간 연속 작동이 가능하다. 그러나, 이 기술의 충전 및 방전 주기는 200회로, 기존 리튬 배터리의 300~500회와 비교할 때 상대적으로 낮다. 리석우(Seok Woo Lee) 난양 공과대학 교수는 "우리 방식은 포도당과 물을 활용하여 전기를 발생시키는데, 이는 인간과 환경에 해가 없다"고 설명했다. 이러한 연구 성과를 바탕으로 난양대 연구팀은 스마트 콘택트 렌즈 제조사들에게 배터리 테스트를 제안할 계획이다. 이 기술의 도입은 스마트 콘택트 렌즈 개발의 속도를 더욱 높일 것으로 전망된다.
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눈물로 충전하는 '스마트 렌즈 배터리' 개발
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전기차 시장, '전고체 배터리'가 뜬다…10대 리드 기업 어디?
- 최근 전기차 업계가 주목하는 기술 중 하나는 '전고체 배터리'다. 이 기술은 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 저장 용량이 뛰어나고, 충전 시간도 단축되는 등 탁월한 성능을 자랑한다. 그렇다면 이 전고체 배터리는 기존 배터리와 다른 점은 무엇일까. 전고체 배터리는 이름에서도 알 수 있듯이 액체 전해질이 아닌 고체 전극과 고체 전해질을 사용한다. 이로 인해 배터리의 누출이나 열 문제가 크게 줄어들어 사용자의 안전을 더욱 보장한다. 게다가 작은 크기로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 휴대성과 효율성 모두에서 높은 점수를 받는다. 시장의 변화에 민감하게 반응하는 글로벌 자동차 기업들도 전고체배터리 개발에 발빠르게 뛰어들었다. 토요타와 폭스바겐은 이미 전고체 배터리 기술 개발에 속도를 내고 있다. 이러한 대기업들이 전고체 배터리의 선봉에 서게 될 것인가, 아니면 다른 참여 기업들이 이를 따라잡거나 앞질러 나갈 것인가. 전기차 시장의 미래는 어떻게 전개될지 기대된다. 폭스바겐과 퀀텀스케이프는 전기 자동차용 고체 상태 배터리 기술 개발에 손을 잡았다. 전기차의 두 가지 큰 걸림돌인 '주행 거리'와 '충전 시간'을 해결하기 위해서는 향상된 '에너지 저장 능력'과 '빠른 충전'이 선결과제다. 이 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전고체 배터리는 소비자의 전기차에 대한 인식을 크게 바꿔놓을 것으로 보인다. 전고체 배터리 개발 진행중인 선도적인 10개 기업은 다음과 같다. 1. 도요타 토요타는 21세기 자동차 혁신의 핵심으로 전고체 배터리를 지목하며, 2027년까지 상용화를 목표로 연구개발을 가속화하고 있다. 도요타의 이러한 움직임은, 배터리가 전기차 업계의 핵심 부품임을 감안하면, 전기차 시장에서의 선두 주자로의 복귀를 알리는 신호로 해석된다. 그들은 이미 2012년부터 전고체 배터리 기술 개발에 뛰어들었고, 현재 200명 이상의 전문가로 구성된 팀이 이를 주도하고 있다. 그 결과, 토요타는 1000개 이상의 특허를 보유하게 되었다. 이 기업의 최종 목표는 전고체 배터리의 장점을 살려 완충 상태에서 약 700km (435마일)의 주행 거리를 달성하는 전기차와 하이브리드 차량을 출시하는 것이다. 2. 폭스바겐(Volkswagen) 폭스바겐은 전고체 배터리 연구의 선구자 중 하나인 퀀텀스케이프와 파트너십을 맺고 전기 자동차용 고에너지 밀도 배터리를 개발하고 있다. 2018년 폭스바겐은 퀀텀스케이프와 함께 전기차용(EV) 배터리 기술 개발을 추진했고, 2020년 추가적으로 2억 달러의 투자를 통해 이 연구의 가속화를 선언했다. 퀀텀스케이프는 기존 배터리 대비 전고체 배터리가 약 80% 더 긴 주행 거리와 80% 더 많은 충전량을 제공한다고 주장했다. 2022년 말 현재, 퀀텀스케이프는 전고체 배터리 셀의 시험을 진행 중이다. 폭스바겐은 다른 기업들과 협업하여 고체 상태 기술 및 전극 건조 코팅 공정과 같은 다양한 배터리 기술을 연구 중이며, 이를 2030년에 대량 생산에 투입할 계획이다. 3. 파나소닉(Panasonic) 전세계적인 전기차 시장의 확대와 함께 배터리 기술의 중요성이 강조되는 가운데, '파나소닉'과 '도요타'의 조합이 눈길을 끈다. 두 기업은 2020년 '프라임 플래닛 에너지 솔루션(Prime Planet Energy & Solutions, Inc.)'이라는 이름의 합작기업을 설립, 생산성과 용량 모두에서 우수한 배터리 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있다. 도요타는 이미 전고체 배터리 기술 관련 1000개 이상의 특허를 보유하고 있으며, 파나소닉도 445개의 특허로 그 기술력을 과시하고 있다. 파나소닉은 지난 수십 년 동안 배터리 기술을 선도해 왔다. 특히 전고체 배터리 기술 연구에 주력하며, 액체 전해질로 인한 화재, 폭발 위험 등의 문제점을 해결하고자 고체 상태 배터리로의 전환에 큰 희망을 걸고 있다. 파나소닉은 기술에 대한 구체적인 일정을 제공하지는 않았지만, 연구 및 개발에 적극적으로 투자하고 있다. 특히 도요타, 테슬라, 포드와 같은 국제적인 자동차 기업들과의 협력은, 전고체 배터리의 시장 출시 때 그들이 이 분야의 혁신을 주도할 가능성을 제시한다. 4. 베이징 웨이란신에너지기술(Beijing WeLion New Energy Technology) 중국 기업 니오(Nio)는 배터리 제조업체인 중국 베이징 웨이란신에너지기술(北京卫蓝新能源科技·Beijing WeLion New Energy Technology, 이하 '웨이란'-WeLion)과 파트너십을 맺어 새로운 배터리 기술을 선보였다. 이들 두 기업은 전기 자동차에 대한 반고체 상태 배터리 셀을 생산했다. 반고체 상태 배터리는 리튬 이온 배터리의 젤 전해질과 고체 전해질을 결합한 것이다. 니오는 특히 이번 파트너십을 통해 웨이란으로부터 150 kWh 용량의 반고체 배터리 셀을 공급받게 되었으며, 이 배터리는 'Nio ET7' 전기자동차에 적용될 예정이다. 이러한 혁신적인 기술을 탑재한 세단 'Nio ET7'은 CLTC 기준으로 약 1000킬로미터(621 마일), EPA 기준으로는 740킬로미터(460 마일)의 높은 주행 거리를 자랑한다. 또한, 이 배터리는 'Nio ES6 SUV'에도 적용되어, 약 689킬로미터(428 마일)의 주행 거리를 제공하게 된다. 5. 중국 CATL(Amperex Technology Co. Limited) 중국 배터리 대기업 CATL은 2023년 4월 전기 항공기 전동화를 향한 새로운 움직임을 위해 고체 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이 배터리 셀은 에너지 밀도가 500 Wh/kg로 매우 높다. 중국의 배터리 대기업 'CATL'은 2023년 4월 전기 항공기의 전동화를 목표로 고채 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이번에 선보인 배터리 셀은 무려 500 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 자랑한다. 반면, 테슬라가 자랑하는 4680 배터리 셀의 에너지 밀도는 244 Wh/kg에 불과하다. 이를 비교하면 CATL의 신제품은 기존 리튬 이온 배터리에 비해 약 두 배의 충전량을 가지고 있음을 알 수 있다. 이렇게 혁신적인 배터리 기술은 중국 지리자동차(Geely)의 2023년 형 전기차 '지커-001(Zeekr-001 EV)'에도 적용될 수 있으며, 해당 차량은 CLTC 기준으로 641 마일의 주행 거리를 달성할 수 있다. CATL의 압축형 배터리 셀은 이보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 제공할 전망이다. 6. 혼다 혼다는 2050년까지 탄소 중립을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 제너럴 모터스(GM)와 소니 같은 기업들과 파트너십을 맺어 고체 상태 배터리 기술을 연구하고 있다. 또한 혼다는 일본의 사쿠라에 4300억 엔 (약 2950만 달러)을 투자해 2028년까지 전기 자동차에 고체 상태 배터리 셀을 도입하는 생산 라인을 구축하는 작업을 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술의 가장 큰 단점은 세포의 무결성을 위협하는 덴드라이트(dendrites)의 존재다. 혼다는 덴드라이트 문제를 해결하기 위한 새로운 연구를 진행하고 있다. 이를 통해 2030년까지 연간 200만 대의 배터리 전기 자동차 생산을 목표로 하고 있다. 7. 닛산 닛산은 2028년까지 고체 상태 배터리로 구동되는 차량을 시장에 선보이기 위한 연구를 본격화했다. 가나가와에 위치한 닛산의 연구 센터에서는 2024년까지 고체 상태 셀 프로토타입을 생산하기 위한 공장 건립 작업이 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술 도입 후, 닛산은 EV 배터리 비용을 최소 50% 절감하며, 충전 능력을 현존하는 기술의 세 배로 향상시키고, 에너지 밀도를 두 배로 늘리는 것을 목표로 삼고 있다. 시장에서 현재 주목받는 최고 성능의 배터리 셀은 에너지 밀도 240 Wh/kg을 제공하는데, 닛산의 목표는 이를 480~500 Wh/kg로 높이는 것이다. 이외에도 닛산은 액체 전해질을 사용하지 않는 올 고체 상태 배터리와 나트륨을 활용한 셀에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 8. 솔리드에너지시스템(SolidEnergy Systems) 솔리드에너지시스템(SES)은 치차오 후 박사(Dr. Qichao Hu)가 2012년에 매사추세츠주 워본(Woburn)에 설립했다. 이 회사는 리튬 금속 기술을 사용하며, 리튬 이온 배터리 셀에서 발견되는 전통적인 젤 대신 분리 막으로 사용한다. SES 리튬 금속 배터리 셀은 에너지 밀도가 400 Wh/kg이며, 전통적인 리튬 이온 배터리 셀의 주행 거리를 두 배로 늘릴 수 있다. SES는 안전하고 효율적인 배터리 개발에 중점을 둔다. 인공 지능 알고리즘을 활용해 배터리의 안전성을 향상시켰고, 가볍고 비용 효율적으로 제작될 수 있다. 게다가 15분만에 배터리의 80%까지 빠르게 충전할 수 있다는 것은 큰 강점이다. 차량 제조업체들과의 협력도 활발한 편이다. 제너럴 모터스(GM), 혼다, 현대자동차, 지리, 기아와 같은 주요 자동차 기업들과 파트너십을 체결하고 있다. 특히 2021년에는 GM이 SES에 1억 3900만 달러를 투자했으며, 2025년부터는 SES의 리튬 금속 배터리 셀을 자동차에 적용할 계획이다. 9. 솔리드 파워(Solid Power) 솔리드 파워는 2011년 콜로라도 대학의 스핀오프로 탄생했으며 현대자동차, BMW, 포드와 같은 글로벌 자동차 제조업체들의 후원을 받으며 빠르게 성장했다. 2021년에는 콜로라도 주의 손턴(Thornton)에 7만5000평방 피트(약 6967제곱미터) 규모의 최첨단 생산 공장을 설립했다. 솔리드 파워의 주요 기술은 전통적인 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 황화물 기반의 고체 전해질로 교체하는 것이다. 이 고체 전해질은 액체 전해질보다 안전하며, 안정적인 성능을 제공한다. 이 회사는 2028년까지 연간 80만 대의 전기차 배터리 셀 생산을 목표로 하고 있으며, 그를 위한 생산 확장 계획을 세우고 있다. 또한, 솔리드 파워는 미국 에너지부의 "전기 자동차를 위한 미국 저탄소 생활 (EVs4ALL)" 프로그램에서 총 4200만 달러 중 560만 달러의 지원을 받아 연구 및 개발 활동을 지속적으로 진행하고 있다. 10. 실라 나노 테크놀로지스(Sila Nanotechnologies) 실라 나노 테크놀로지스는 BMW, 다임러 AG(Daimler AG), 지멘스(Siemens), CATL과 같은 세계적인 기업들과 전략적 파트너십을 체결해 전기 자동차용 고체 상태 배터리의 상용화를 위한 강력한 투자 지원을 확보했다. 산업 내 주요 플레이어들의 지원 아래, 이 회사는 2028년까지 150 GWh 이상의 대규모 배터리 셀 생산을 목표로 하는 로드맵을 구축하고 있다. 특히, 실라 나노는 20% 더 긴 주행 거리와 20분만에 10-80%까지 충전이 가능한 타이탄 실리콘(Titan Silicon) 배터리 셀을 선보였다. 이 기술은 메르세데스-벤츠의 EQG 모델에 적용될 예정이다. 더욱이, 회사는 기존 고체 상태 배터리 기술의 덴드라이트 현상과 부피가 큰 세라믹 전해질의 한계를 극복하기 위한 방안으로, 중간 온도에서 다공성 분리막-양극 스택에 고체 전해질을 용융 침투시키는 방식을 도입할 계획이다.
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