GM, 배터리 투자는 현시점에서 짧지 않은 미래를 위해 필요한
선택이었을 것입니다. 전기차의 기술이 최근 급속도로 발전하면서
전기차로의 전환이 빠르게 진행되고 있지만 차를 필요로 하는 사람
모두가 만족하는 것은 아닐 것입니다.
모두가 전기차에 쉽게 접근할 수 있는 시기는 아니라고 말하고
있은 것입니다. 화석연료를 사용하는 차량보다 전기차량의 가격이
아직은 높으며 이는 전기차에서 배터리의 비중이 상당히 높기 때문인 것은
잘 알고 있는 사실입니다.
또 전기차를 오래 사용하다 보면 배터리 성능 저하로 배터리 교체할 경우
만만찮은 비용으로 사람들이 전기차 구매를 주저하는 이유 이기도합니다.
이런 문제를 알고 GM은 전기차 배터리의 생산 단가를 낮추기 위한 일환으로
저렴한 배터리 생산을 위해 노력하고 있는 회사에 6000만 달러를
투자하기로 결정합니다.
GM이 투자하는 Mitra Chem은 배터리를 연구하는 회사이지만
그동안의 뛰어난 결과로 '첨단 철기반 양극 활물질'을 이용한 배터리의
생산을 원활하게 확장하고 운영하도록 하는 목적으로 Mitra Chem에
투자하는 것입니다. 이 회사는 연구 단계에서 방대한 량의 음극 설계를
시뮬레이션하고 재료 합성 및 테스트를 AI로 진행하며 신속하고 정확한
개발이 되도록 적극 활용하고 있습니다.
이러한 과정에서 배터리의 화학적 변화로 단순히 배터리의 가격만
낮추는 것이 아니라 여러 긍정적인 평가도 있습니다.
지금까지 많이 사용되어 오고 있는 배터리 셀의 주요 구성요소로 코발트를
사용하고 있으며 이 코발트의 많은 양이 중앙아프리카에서 생산되다 보니
아동 노동력 착취 같은 부도덕한 행위들이 나타나고 있으며 주요 생산
국가들의 공급제한으로 원재료의 가격이 불안정하며 상승하는
현상까지 나타나고 있습니다.
이런 문제를 어느 정도 극복하기 위해 철 기반 음극을 사용하면 비용 증가와
생산에 차질을 주는 문제를 해결할 수 있다 보니 코발트나 니켈의 필요성도
현저히 줄어듭니다. 이 처럼 GM의 Mitra Chem에 대한 투자는 새로운 배터리로
새로운 전기차에 전력을 공급하는 것 이상의 이점이 있습니다.
저렴한 배터리가 혁신의 전부는 아닙니다.
전기 자동차의 에너지를 공급하는 셀은 스타트모터를 구동시키는
납산 배터리보다 아주 많이 복잡합니다. 최근 많은 회사에서 전기 자동차
배터리 연구에 많은 투자를 아끼지 않고 있으며 이런 회사에 투자하는
기업들은 다방면에서 혁신을 위한 노력을 기울이고 있으며 여러 혁신에서
나타나는 일부 기술은 제조 공정에서의 환경적 문제와 인적 비용 등을
고려한 혁신을 보이고 있습니다.
전기차 배터리의 핵심 요인인 리튬의 채굴과정에서 엄청난 물이 필요하여
그 지역의 사회와 농업에 적잖은 악영향을 끼치고 있습니다.
또한 코발트나 리튬 및 흑연과 같은 재료를 전 세계로 옮기는 과정에서
배터리제조가 환경에 많은 영향을 끼칩니다. 따라서 최근 들어 기업이나
개발자들이 환경에 나쁜 영향을 끼치는 배터리의 재료를 줄이기 위해
노력하고 있으며 각국의 법을 통해 특히 북미에 들어오는 자동차 배터리
재료의 규모가 점점 줄어들고 있습니다.
그리고 많은 연구 개발자들이 배터리의 에너지 밀도를 높이는 방법을
연구한 결과 전기차 한번 충전으로 3000마일까지 주행을 가능해 보이며
또 다른 회사는 재충전 시간을 6분으로 단축한 회사도 있다고 합니다.
계속 이렇게 고민하다 보면 휘발유 차량과 유사한 시간에 배터리 충전도
가능한 날이 오지 않을까 생각해 봅니다.
LFP 배터리는 어떤 배터리일까요?
정확히는 리튬 철 인산염의 약자인 LiFePO4가 정확한 표현입니다.
여기에서 양극 재료로 인산 철(FePO4)을 사용하며 즉 리튬 이온 배터리의
변형이라고 보시면 됩니다.
LFP 배터리는 사용 수명이 오래가며 에너지 밀도가 높고(리튬 이온보다는 낮음)
견고한 내구성으로 최근에 알려지면서 자동차뿐만 아니라 발전 설비와
데이터 백업 시스템용으로 상당히 인기 있는 배터리로 자리 잡고 있습니다.
리튬 이온 배터리는 어떤 배터리일까요?
리튬 이온 배터리는 광범위한 배터리 유형을 만들 수 있지만 기본적으로
리튬 이온의 전기 화학적인 구성이 반드시 포함되어야 하는 유형의 배터리로
리튬 코발트 산화물(LiCoO2)과 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)등의 형태로
여러 양극재로 사용됩니다. 따라서 지금까지 사용되고 있는 스마트폰이나
노트북, 자동차와 같은 전자 제품에 많이 사용되고 있습니다.
이 처럼 LFP 배터리와 리튬 이온 배터리는 사용되는 물질에 따라 차이점이
있는데 표준시 되었던 리튬 이온 배터리는 리튬 코발트 산화물이나 여러 대체
물질을 사용하는 반면 LFP 배터리는 인산철을 사용합니다. 이러한 재료의
차이로 인하여 성능과 안정성 및 수명이 차이가 날 수밖에 없습니다.
LFP, 리튬 이온 배터리의 차이?
두 배터리의 특성을 먼저 이해하면 차이점을 알 수 있습니다.
성능과 안전등 전반적으로 영향을 끼치는 중요한 측면을 잠시 살펴봅니다.
에너지 밀도
LFP 배터리의 에너지 밀도는 90~110Wh/kg이며 전기차와 태양열 발전
시스템처럼 고부하 전력을 공급하기에 적합하며 에너지 밀도가 낮아
사이클 수명이 짧은 대신 보다 안전합니다.
리튬 이온 배터리는 150~200Wh/kg의 보다 높은 에너지 밀도가 장점이며
스마트폰, 노트북, 전기차와 같은 공간과 무게에 민감한 부분에서
이상적입니다. 그렇지만 높은 에너지 밀도가 사이클 수명을 단축시키고
안전에 위험 요소가 되는 경우도 있습니다. 이 처럼 에너지 밀도가 낮다고
나쁜 것만은 아닙니다.
안전성
LFP 배터리의 인산철 양극제는 열에 대한 안전성이 있어 과열의 위험성이
현저히 낮으며 배터리 내부 온도로 화재나 폭발로 이어지는 위험한 상황을
줄여 줍니다. 따라서 가정용 에너지 저장 시스템과 같은 열 안전성이 중요한
분야에서 선택지로 떠오르고 있습니다.
리튬 이온 배터리는 LFP 배터리보다 열폭주에 상대적으로 취약하며
특정 조건에서 안전성이 떨어질 수 있는데 특히 리튬 코발트 산화물과 같이
구성된 재료에서 쉽게 발생합니다. 이런 이유에서 리튬 이온 배터리에는
온도 퓨즈나 전압 보호 회로와 같은 안전 기술이 필요해 비용과 증가하며
더욱 복잡합니다.
배터리 수명
LFP 배터리는 2000사이클을 넘어서는 이상적인 수명을 보이는 반면
리튬 이온 배터리는 500~1000사이클 수명으로 수명 주기가 짧습니다.
이로 인해 장기적으로 봤을 때 비용이 더 추가된다고 봐야 합니다.
환경에 끼치는 정도
LFP 배터리에 사용되는 비교적 풍부한 인산철은 독성까지 낮아 환경에 끼치는
영향이 더 낮으며 리튬 이온 배터리의 코발트와 같은 희귀 광물을 사용하면
채굴 과정에서 생태계의 피해와 인권 침해로 인한 환경적, 윤리적인
문제가 발생합니다.