5분 만에 완충되는 전기차가 있다고?

5분 만에 완충되는 전기차가 있다고?

대학생신재생에너지기자단 22기 박주은

 

[놀라운 발표]

전 세계적으로 내연기관차의 배기가스 배출 규제와 친환경 차 도입 지원정책이 이루어지고 있다. 이에 따라 전기차에 관한 관심과 발전은 점점 커지고 있다. 블룸버그 NEF(New Energy Finance)가 발표한 보고서 ‘2019 전기차 전망(Electric Vehicle Outlook 2019)’에 따르면 2010년 수천 대 판매에 불과했던 전기차가 2018년에는 200만 대 이상 판매됐고, 2025년에는 1,000만 대, 2030년에는 2,800만 대, 2040년에는 5,600만 대를 돌파할 것으로 추정된다. 다시 말해 2040년 판매되는 승용차의 57%, 전 세계 승용차의 30% 이상이 전기차가 될 것이라는 전망이다.

[자료 1. 전기차 보급 현황 및 전망 ]

출처 : 현대모터그룹

하지만, 대중화되고 있는 전기차에 아쉬운 점이 하나 있는데, 바로 충전 시간이다. 테슬라 기준 일반 완속 충전기로는 8시간 내외, 급속 충전으로는 40분 이상 걸린다.

2022년 11월 1일에 열린 ‘2022 배터리 산업의 날’에서 LG 에너지솔루션 센터장은 전기차 배터리 개발 방향은 급속 충전, 주행 거리, 안전성이라는 3가지가 고려되어야 한다고 언급하였다. 특히 이미 전기차 주행 거리가 약 500km 수준에 (1회 충전 시) 이르고 있어, 고속 충전에 초점을 맞춰야 한다고 하였다. 지금은 전기차를 80%까지 충전하는 데 20분이 걸리고, 충전 시간 단축 요구가 많아, 10분 내 충전을 목표로 개발을 진행하고 있다고 전했다.

이처럼, 많은 기업이 전기차 급속 충전 시간을 줄이기 위해 활발하게 연구를 진행 중이다. 그리고 이들 사이 당당하게 5분이면 완충되는 전기차 배터리를 만들었다고 발표한 기업이 있다. 그 기업과 우리나라 기업들의 개발 현황에 대해 알아보자.

 

[스토어닷]

스토어닷은 5분 충전에 160km를 가는 배터리 개발을 완료했다고 밝혔다. 그들이 어떤 원리로 배터리 개발에 성공했는지, 공개된 인터뷰와 자료를 바탕으로 알아보자.

[자료 2. 스토어닷의 배터리 ]

출처 : 스토어닷

배터리에 들어가는 음극재 소재로 주로 흑연을 사용한다. 스토어닷은 흑연 대신 반도체를 연구하면서 알게 된 나노 기술을 적용한 실리콘 소재를 활용했다. 이 소재를 사용하면 짧은 시간 내에 충전이 가능하고, 동시에 내구성을 높일 수 있다. 특히 배터리 취약점 중 하나인 덴드라이트 현상을 획기적으로 개선할 수 있다는 설명이 뒤따른다.

덴드라이트는 리튬이온 계열 배터리를 충전하는 과정에서 음극 표면에 리튬이 나뭇가지처럼 자라 전지 성능이 떨어트리는 현상이다. 전지 안에 덴드라이트가 생기면 에너지 효율이 저하되고, 분리막이 뚫려 단락을 일으키거나 화재가 유발되기도 한다. 따라서 덴드라이트는 배터리 수명 문제를 일으키는 주범으로 알려져 있다.

스토어닷의 고유 소재가 덴드라이트를 방지한다고 주장한다. 스토어닷이 독자 개발한 유기화합물로 코팅하면 덴드라이트 현상을 막을 수 있다. 스토어닷 관계자는 “실리콘 계열 음극재 개발 기업은 많지만 나노 기술과 유기체 보호막 기술까지 보유한 회사는 스토어닷이 유일하다”라고 소개했다.

스토어닷은 2019년에 전기차보다는 작은 크기의 오토바이, 일명 스쿠터용 배터리를 공개했다. 스쿠터용 배터리를 5분 동안 충전하여 주행 거리 160㎞를 가는 시연을 성공리에 마쳤고, 같은 해 중국 이브에너지와 손잡고 전기 차용 배터리 본격 개발에 나섰다. 이후 테슬라에 적용할 수 있는 10분이면 완충 가능한 4680 원통형 셀 시제품을 선보였다. 최근에는 전기차 배터리의 수명 주기 동안 일관된 주행 거리를 보장하는 디지털 배터리 관리 시스템(BMS) 특허도 출원했다. 그리고 2022년 9월 스토어닷은 전기 자동차 OEM 파트너 및 잠재 고객에게 ‘100in5’ 배터리 기술의 EV cell 샘플을 배송했다고 발표했다. 이때 ‘100in5’는 5분 충전하여 100마일 주행 가능하다는 기술명이다. 또한 10월에는 초고속 충전 배터리가 1,000회 이상 충·방전 주기를 반복했다는 결과를 발표했다. 이처럼 스토어닷은 2024년이면 전기 차용 초고속 충전 리튬이온배터리를 양산하겠다는 목표를 갖고 꾸준히 연구 중이다.

 

[국내 기술 현황]

그렇다면 우리나라의 전기차 배터리 현황을 알아보자.

현대자동차는 전기차 전용 브랜드 아이오닉의 두 번째 모델 ‘아이오닉 6’를 부산 국제 모터쇼에서 세계 최초로 선보였다. 아이오닉 6은 800V 초급속 충전 시 18분만 에 10%에서 80%까지 충전할 수 있다.

[자료 3. 현대차 아이오닉]

출처 : 한겨레

현대차는 지난 3월 ‘인베스터 데이’를 통해 2030년까지 전기차 배터리의 에너지 밀도를 2020년 대비 50% 개선하고, 배터리 원가는 40% 절감하겠다는 계획을 발표했다. 전기차를 선택할 때 소비자가 가장 중요하게 생각하는 것이 주행 거리와 충전 시간인데, 이를 획기적으로 개선해 2030년 세계 전기차 시장에서 점유율을 7%로 끌어올리겠다는 목표다. 전기차 효율을 높이려면 배터리뿐 아니라 모터 성능도 개선해야 한다. 현대차는 2030년까지 모터 무게를 30% 줄이고, 비용은 35% 절감하기 위해 현대모비스뿐 아니라 독일 부품사 비테스코 테크놀로지와도 협업하고 있다고 전했다.

 

[전기차의 비전]

전기차 배터리와 관련된 다양한 연구들이 펼쳐지고 있지만 핵심은 상용화에 있다. 시제품 개발과 대량생산은 다른 이야기이다. 안정적인 공급을 하려면 자본 투입이 필요하고 대량생산 체제를 갖추는 것이 중요하다. 특히 전기차 시장이 커지면서 국가 간 경쟁이 치열해졌다. 따라서 우리만의 고유 기술과 타국이 흉내를 낼 수 없는 기술을 개발하는 것이 중요하다.

그 외에도 전기차 충전소의 문제도 중요하다. 전기차가 보급되면서 충전시설이 늘어나고 있는데, 아파트 주차장에도 전기차 충전기가 들어서고 있다. 하지만 지하는 화재 시 위험성이 높다. 따라서 전기차 충전시설 화재 발생 대비 대책도 빨리 세워져야 한다.

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전기차에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "전기차, 너 진짜 친환경 맞아?", 작성자(19기 김수정, 21기 이태환), https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3836

2. "2022 전기차 시장의 전망, 확실한 미래로", 작성자(20기 강주혁, 20기 권례주, 21기 김수현, 21기 마승준, 21기 안연빈, 21기 장세희) , https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3619

3. "우리는 왜 리튬과 배터리에 집중하는가?", 작성자 (21기 오서영), https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3704

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참고문헌

[놀라운 발표]

1) 고성현, "전기차차 배터리, 주행거리보다 충전 속도 높이는 게 최우선 과제", 디지털투데이, 2022.11.01, http://www.digitaltoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=463965

2) 현대모터, 현대모터그룹, "전기차는 왜 대세가 됐나?", 2019.09.06, https://tech.hyundaimotorgroup.com/kr/article/will-electric-cars-dominate/

[스토어닷]

1) 박수호, "이스라엘 유니콘 배터리 기업 '스토어닷'...5분 충전에 160km", 매일경제, 2022.08.05, https://www.mk.co.kr/economy/view/2022/690428

2) 스토어닷,PRNewswire , "Storedot achieves landmark milestone of 1000 cycles of extreme fast charging battery cells ready for EV integration", 2022.10.11, https://www.prnewswire.com/news-releases/storedot-achieves-landmark-milestone-of-1000-cycles-of-extreme-fast-charging-battery-cells-ready-for-ev-integration-301645371.html

3) 스토어닷,PRNewswire , "Storedot, the extreme fast charging battery pioneer, ships EV battery cell samples to global car makers for testing to accelerate adoption delivering 100 miles of range in 5 minutes of charging", 2022.09.07,https://www.prnewswire.com/news-releases/storedot-the-extreme-fast-charging-battery-pioneer-ships-ev-battery-cell-samples-to-global-car-makers-for-testing-to-accelerate-adoption-delivering-100-miles-of-range-in-5-minutes-of-charging-301618523.html

4) 추현우, "혼다, 10년 내 전고체 배터리 전기차 만들 것", 디지털투데이, 2022.11.03, http://www.digitaltoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=464089 

[국내 기술 현황]

1) 안태호, "현대차, 아이오닉 6 세계 첫 공개...1회 충전으로 524km 주행", 한겨레, 2022.07.14, https://www.hani.co.kr/arti/economy/car/1050911.html

2) 연선옥, "[인터뷰] 라포소 현대차 부사장 "전기차 충전시간 10분대로 단축'", 조선비즈, 2022.07.17, https://biz.chosun.com/industry/car/2022/07/17/PL6CBDCJ3VC2PGKBLQUZWPFYKM/?utm_source=naver&utm_medium=original&utm_campaign=biz 

[전기차의 비전]

1) 고성현, "전기차차 배터리, 주행거리보다 충전 속도 높이는 게 최우선 과제", 디지털투데이, 2022.11.01, http://www.digitaltoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=4639655) 기자명, "기사제목", 신문사이름, 게재일, URL

2) 손준수, "전기차 충전소 지하에 '속속'...화재 대비는 '무방비'", KBSnews, 2022.11.05, https://news.kbs.co.kr/news/view.do?ncd=5594476&ref=A