전기차를 만드는데 왜 많은 비용이 소요될까? - 리튬 이온 배터리

테슬라 배터리데이 -  테슬라가 전기차 핵심 부품인 배터리를 화두로 첫 발표

지난 9월 테슬라의 배터리 데이 행사에서 일론 머스크는 야심찬 목표를 발표했다.

바로 3년 안으로 25,000달러의 전기자동차를 만든다는 것이다.

현재 가장 저렴한 모델의 테슬라 전기차 모델보다 약 13,000달러 저렴한 가격에 도전하는 것이고 이는 시장의 확장에 중요한 역할을 한다.  또 차의 가격을 줄일 수있다는 것은 차량 비용의 1/3을 차지하는 배터리에 대한 가격절약 방법을 찾는다는 것을 의미하기도 한다.

전기차(EV,Electronic vehicle)배터리가 비싼 이유는 무엇일까?

바로 배터리안에 들어가는 구성요소가 문제다.

EV에는 노트북, 휴대폰에서 흔히 쓰이는 충전식 리튬 이온 배터리를 사용하여 더 큰 에너지를 제공할 수 있다.

특히 이중에서 가장 비싼 소재는 전하를 저장하고 방출하는 두 전극중 하나인 ‘음극’이다.  더 많은 에너지를 저장하기 위해 음극이 필요하고 이를 구성하는 재료가 종종 비싸기 때문이다. 가령 코발트, 니켈, 리튬, 망간 같은 것들이 쓰이고 채굴 후 가공되야 하기 때문.

 

현재 전기 자동차의 평균 배터리 비용은 약 7,350달러정도라고 하고 이는 10년동안 87퍼센트나 감소한 가격이라고 한다.

또 이를 kwh당 가격으로 환산하면 156달러라고 한다. BNEF의 예측에 따르면 2024년까지 kwh당 93달러 정도로 하락될 것이라고 한다. 이렇게 가격을 줄이는 전략으로는 고가의 코발트 성분을 니켈로 대체하는 방법이 있겠다. 니켈은 저렴하고 많은 에너지를 보유할 수 있는데 문제는 코발트의 장점이 안전과 직결되어 있다는 것이다. 쉽게 과열되거나 불이 붙지 않는다는 장점이 있어서 만약 니켈을 대체품으로 사용하게 된다면 이런 안전에 대한 추가작업이 필요하게 될 것이다.  

리튬 이온 전지 배터리는 대체로 어디서 제조하나?

리튬이온전지 생산의 80%는 아시아가 차지하고 있고 그 중 대부분은 중국에 제조사가 있다.

Wood Mackenzie에 따르면 유럽은 새로운 리튬 이온전지 공장을 짓고 있고 2021년부터 셀 제조가 북미를 능가할 것이라고 한다.

SNE리서치에 따르면 LG화학은 2020년에 급등한 후 8개월 동안 리튬전지 시장의 1/4을 차지했다고 한다.

또 비슷하게 테슬라와 파라소닉의 합작은 미국에서 가장 큰 배터리 생산업체기도 하며 이외에 새롭게 올라오고 있는 리튬전지 생산업체로는 전 테슬라 경영진이 설립한 스웨덴의 Norrhvolt와 중국의 Gotion High-tech가 있다.

리튬이온 기술의 역사

리튬이온 기술은 1991년 소니에서 상용화 한 이후로 충전식 배터리에 꼭 쓰이는 기술이 되어왔다.

수명, 전력, 무게 및 비용등이 발전하면서 리튬이온전지의 쓰임은 캠코더에서 SUV,버스 및 페리 같이 부피와 소모에너지가 큰 분야로 이전되고 있다.

리튬이온 전지도 모든 배터리처럼 동일한 기본 구성요소로 되어있다.

두개의 전극(양,음극) 그리고 이들 사이에 전하를 이동시킬 수 있는 전해질(다만 사용되는 재료의 차이는 존재)이 있다.

고성능 차량 배터리의 경우 리튬-니켈-망간-코발트 산화물 같이 에너지 밀도가 높은 재료를 선호하고 주행거리와 충전속도를 개선하고 동시에 배터리 폭팔 같은 안전 문제에 신경을 쓰고 있다.

 배터리 가격은 어떻게 낮출것인가?

이부분에 대해서는 여러회사들의 각각의 생각이 다를 수 있겠다. 캘리포니아에 본사를 둔 Sila Nanotechnologies Inc.는 배터리 양극에 실리콘을 추가하여 단일 충전이 최소 20퍼센트 더 오래 지속되도록 했고 토요타 및 미국의 신생기업등은 세라믹, 유리등으로 충전과 방전이 가능한 고체 리튬 이온 배터리를 상용화 준비중이다. 즉 에너지 저장을 늘리고 비용을 절감하고 안전을 개선하고 재충전 시간을 단축 할 수 있다라고 주장된다.이외에도 배터리의 재사용이나 폐기된 배터리의 금속을 재활용하는 방식에도 집중되고 있다.일본의 파라소닉은 2~3년안에 코발트 없는 고에너지 배터리를 상용화할 것이라고 한다.

 

출처: www.seattletimes.com/business/technology/heres-why-building-an-electric-car-is-so-expensive-for-now/ 

Here’s why building an electric car is so expensive, for now

Author Bella