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Nikkei X-TECH_2021.7.8

EV 업체, 배터리 벤처기업 쟁탈
다크호스는 IBM발 '혁명적' 배터리일까？

전기자동차(EV) 전용 차량탑재 배터리의 대규모 양산 계획과 그를 위한 조(兆) 엔 단위의 투자 발표 러시가 이어지고 있다. 프랑스 르노 그룹과 닛산자동차는 21년 6월 말과 7월 1일에, 프랑스에서 약 24억 달러, 영국에서 약 14억 달러, 합계 38억 달러(약 4,200억 엔) 규모의 Li이온 2차전지(LIB) 제조 공장을 건설한다고 발표했다. 30년까지 합계로 최대 연산 49GWh의 생산 규모로 확대한다.

-- 총 투자액은 합계 20조 엔 이상 --
이러한 발표를 조금 거슬러 올라가면, 약 2주 전에 미국 제너럴 모터스(GM)가 EV용 LIB 제조에 350억 달러(3.9조 엔)를 25년까지 투자한다고 발표했다. GM은 20년 3월에 200억 달러를 투자한다고 발표했었는데, 150억 달러 증가한 것이다.

미국 포드 모터도 21년 5월에, 25년까지 220억 달러를 투자해 LIB의 생산 규모를 늘리고, 30년 시점에서 연산 240GWh로 한다고 발표. 독일 폭스바겐은 21년 3월, 약 140억 달러를 투자해 30년까지 유럽에서의 LIB 생산 규모를 연산 240GWh로 한다고 발표했다.

아울러 파나소닉이 미국 테슬라 전용으로 미국에서 생산하고 있는 LIB는 연산 35GWh 규모다. 향후 수 년에 그를 크게 웃도는 규모의 배터리 공장이 많이 생기게 된다.

생산 규모에서 이들보다 1자릿수 웃도는 것이 테슬라다. 테슬라는 20년 9월에, 22년 시점에서 내부 제작하는 배터리 생산을 연산 100GWh, 30년 시점에서는 3TWh(3,000GWh)로 확대한다고 발표했다. 투자 총액은 밝히지 않았으나 15조 엔 이상에 달할 것으로 보인다.

내부 제작에 기울고 있는 Tesla를 별도로 하면, 이들 EV 업체는 경우에 따라서는 복수의 대형 LIB 업체와 제휴해서 배터리 생산을 위탁하고 있는 케이스가 많다. 이러한 배터리 업체 자신도 초대형 생산 계획을 잇달아 발표하고 있다. 예를 들면, 세계 최대 배터리 제조업체인 중국 CATL은 21년 1월, 25년까지 자사의 LIB 생산 규모를 연산 1.2TWh(1,200GWh)로 한다고 발표했다.

한국 LG에너지솔루션은 23년까지 연산 230GWh 규모, 한국 SK이노베이션은 30년까지 연산 500GWh 규모로 LIB를 생산할 계획이다. 모두에서 말한 르노 그룹의 배터리 생산을 담당하는 것은, 닛산자동차가 19년에 중국 Envision 그룹에 매각한 중국 Envision AESC(구 AESC)다.

-- 차세대 배터리 벤처기업을 입도선매 --
EV 업체의 배터리 전략은 대형 배터리 업체와의 제휴나 대규모 양산 계획에 그치지 않는다. 차세대 배터리를 개발하는 세계 벤처기업에도 일찌감치 출자해 사실상 산하에 거두어 왔다. 특히 독일이나 미국의 EV 업체에 그 경향이 강하다.

EV의 미래를 생각하면, 현행 LIB 기술은 비용이나 에너지 밀도, 충방전율, 안전성 등의 점에서 과제가 많다. 이러한 장벽을 파괴할 가능성이 있는 차세대 배터리로 패권을 잡을 수 있을지 여부가, 중장기적인 시점에서 경쟁에서 이길 수 있을지를 좌우하기 때문일 것이다.

차세대 배터리 벤처 중에서 지금까지 가장 두드러지는 업체는, 폭스바겐이 12년 이후부터 계속 출자해 온 미국 퀀텀스케이프(Quantum Scape)다. 퀀텀스케이프는 21년 내라도 파일럿 생산을 시작해, 27년에는 연산 20GWh 규모로 금속 Li 부극의 전고체 배터리를 양산할 계획이다. 그것이 궤도에 오르면 30년 이후, EV용 배터리 최고 기업이 될 가능성이 있다. 다른 배터리와 큰 성능 차이가 나기 때문이다.

금속 Li를 부극으로 하는 배터리 업체는 이외에도 있지만 배터리 구성은 각각 다르다. 예를 들면, 미국 SolidEnergy Systems의 배터리는 전고체 배터리가 아니다. 다만 제조 시에는 부극은 비어 있고, 충전해야 비로서 금속 Li층이 셀 중에 석출된다는 점은 퀀텀스케이프의 기술과 공통된다.

모두 차량탑재용 배터리로 실용화하기 위해서는, 퀀텀스케이프를 포함해 충방전 사이클 수명을 한 단계 더 늘린 뒤에, 우천 시의 교통사고 등으로 셀이 손상되더라도 안전성을 확보할 수 있다는 것을 보여줄 수 있을지 여부가 초점이 될 것이다. 금속 Li는 수분에 닿으면 발열하고, 경우에 따라서는 발화하기 때문이다.

-- 50달러/kWh가 가시화? --
Si를 부극의 주요 활물질에 이용하는 벤처도 많다. 중에서도 독일 다임러 등이 수 백억 엔 규모를 출자하고 있는 미국 Sila Nanotechnologies는 현시점에서 비상장 기업이다. 종업원도 100명이 안되지만 추정 시가총액은 30억 달러를 넘어, 시가총액 약 100억 달러의 퀀텀스케이프를 이을 유니콘 기업이다. 24년에는 연산 100GWh 규모의 공장을 설립할 계획이다.

Sila가 어필하는 자사의 강점은, 부극 재료 이외에도 기존 LIB의 제조라인을 거의 변경하지 않아도 된다는 점이다. 직접 배터리를 제조할 뿐만 아니라 부극 재료의 외부 판매도 생각하고 있다. Sila는 이 기술을 이용해 추가 비용을 억제하면서 에너지 밀도를 높이는 방법으로, 배터리 제조 비용을 31년 시점에서 현재의 3분의 1에 가까운 50달러/kWh로 내릴 수 있다고 주장하고 있다.

-- 충방전 비율이 높다 --
Si 부극을 이용한 차세대 축전지의 특징 중 하나는 급속 충방전에 대한 성능이다. 대부분이 충방전율이 10C 전후, 즉 5~6분에 80% 전후로 충전 가능하다는 점을 어필하고 있다. 이스라엘 Storedot과 미국 Enevate는 모두 자신의 초급속 충전 기술을 ‘XFC(Extreme Fast Charging) 기술’ 등으로 부르고 있다. 반면에 전고체 배터리를 노래하는 기업은 아직 없다.

Si 부극을 채용하는 배터리 업체는 특히 중국에 많다. 그 중에서 주요 EV 업체들로부터 출자를 받고 있는 것이 중국 패러시스 에너지(Farasis Energy)다. 이 회사는 기존의 LIB도 대규모로 양산하고 있다는 점에서 다른 벤처기업과 일선을 긋고 있다.

-- IBM 기술이 다크호스 --
이러한 배터리 벤처기업 중에서 아직은 각광을 받고 있지 않지만 앞으로 태풍의 눈이 될 가능성이 있는 기업이 있다. 미국 Sidus Energy다. Sidus Energy는 본사는 미국이지만 연구소나 공장 등은 상하이시 근교에 있는 사실상의 중국 기업이다. 현재 LIB의 양산 규모는 크지 않다. 그러나 미국 IBM의 ‘혁명적(Sidus)’인 기술을 공여 받아, 21년 내에 연산 2GWh 규모의 파일럿 생산, 22~23년에는 연산 6GWh 규모로 무시할 수 없는 규모로 차세대 배터리를 양산한다.

이 IBM의 기술은 IBM이 19년 12월에 개발한다고 공개한 기술로, (1)정극에 코발트(Co)나 니켈(Ni) 등의 고가의 금속을 사용하지 않는다, (2)배터리의 주요 성분은 해수에 포함되는 미네랄로 재료 비용이 상당히 저렴하다, (3)부피 에너지 밀도는 800Wh/L로 현행 LIB의 최고 성능인 약 700Wh/L를 웃돈다, (4)출력 밀도는 10kW/L, 충방전율은 약 12C로 기존 LIB보다 몇 배 높다는 특징을 갖추고 있다고 한다.

IBM은 이 배터리의 정체에 대해 학술논문 등도 포함해 전혀 공개하지 않았기 때문에 기술의 실재 자체를 의심하는 목소리도 있었다. 그러나 20년 6월에 Sidus가 가까운 시일 내의 양산 계획을 발표함으로써 단번에 다크호스의 필두로 부상했다.

-- 나트륨이온 황 배터리? --
배터리의 정체에 대한 유일한 힌트는, Sidus가 20년 6월에 발표한 뉴스 기사 속에서, 리튬황(Li-S) 2차전지의 획기적 기술을 미국 대학이 개발했다는 보도 기사를 느닷없이 인용한 것일지도 모른다. 실제로 정극에 Ni나 Co를 전혀 사용하지 않고, 부피 에너지 밀도가 높은 LIB는 Li-S 2차전지 정도 밖에 후보 기술이 없다.

다만 Li-S 배터리 그대로라고도 생각하기 어렵다. 왜냐하면 위에서 말한 고속 충방전을 Li-S 2차전지로 실현하는 것은 용이하지 않고, Li이온이나 황이 해수의 주요 성분이라고는 말할 수 없기 때문이다. 한편으로 해수 중의 주요 미네랄 성분의 필두는 나트륨(Na) 이온이다. 이 점에서 Na이온-황(Na-S) 2차전지일 가능성은 부정할 수 없다. 일반적으로 Na이온 2차전지는 출력 밀도가 높은 것과도 부합한다.

아무리 비밀로 해도 양산을 시작하면 숨길 수 없게 된다. 정말로 ‘혁명적 배터리’라고 할 수 있을지는 곧 판명될 것이다.

 -- 끝 --

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