고성능 전기차...몇단계의 배터리기술향상 필요할까
기계문명의 전자문명 전환주인공은 배터리기술선점
유니프랙스, 북미 배터리쇼 실리콘섬유 양극재 출품
[1편에서 이어짐] 이 차세대 배터리도 실리콘 음극재 대체기술이 일궈낸 흑연(360mAh/g) 대비 11배 이상의 용량(4,200mAh/g) 확대가 주도하고 있다.
차세대 리튬이온 이차전지 제조업체인 유로셀은 동일 규격의 기존 배터리 대비 약 130% 향상된 용량의 UHC(Ultra High Capacity)배터리와 6분 이내 완전 충전이 가능한 UFC(Ultra Fast Charging) 배터리를 개발했다.
부피팽창 충·방전수명 5,000회...음극재 흑연용량 대비 11배이상 고용량화
UHC배터리는 인동첨단소재에서 1μm 단위로 분쇄된 흑연과 FIC신소재의 10~100nm 단위 분쇄 실리콘을 흑연에 증착하는 방식으로 가공된 차세대 고용량 핵심 음극재를 유로셀이 독점 공급받아 생산하는 형식의 배터리다.
실리콘 음극재는 그동안 충전과 방전 시 실리콘 부피팽창 문제로 인해 사용 수명이 약 10회 미만인 결정적 문제가 있던 소재를 기존 배터리 음극재인 흑연(360mAh/g) 대비 11배 이상의 용량(4,200mAh/g)으로 확대시킨 거다.
부피팽창을 억제하고 사용 수명을 늘리기 위해서는 실리콘을 100nm이하의 입자로 제조하는 등의 공정상의 문제로 인해 대량 양산용 음극재로 적용되지 못했던 문제를 인동첨단 소재의 분쇄기술이 일소에 해결했다.
유로셀 자회사인 FIC신소재에서 10~100nm로 미분쇄하는 나노실리콘 음극재 대량 양산에 성공했고, 유로 셀의 고 접착성 바인더 기술과 고신뢰성 전해액 기술 접목으로 탄생된 배터리가 바로 차세대 고용량 전지인 UHC다.
한마디로 기존 리튬배터리와 같은 용량이 아닌 크기의 배터리팩으로 비교할 때 약 130% 이상 고용량을 구현하는 차세대 UHC배터리인 만큼, 더 오래 달리는 전기자동차와 더 오래 나는 드론 등 기존 배터리 시장의 게임체인져 주인공이 될 것으로 기대되는 차세대 배터리다.
또한 UFC 배터리는 기존 배터리의 단점인 느린 충전과 폭발 위험성, 저온 용량 감소 문제 등을 해결한 차세대 고출력 리튬이온 이차배터리로 기존 배터리 음극재인 흑연을 세라믹 계열 LTO(Li4Ti5O12)로 대체하고, LTO가 가진 가스발생 문제 역시 유로 셀만의 특수 전해액 조성과 화성 공정으로 해결했다.
성능 면에서는 기존 배터리 대비 10배 이상의 고출력과 10배 이상의 수명 특성을 비롯해 폭발과 발화 위험성을 벗어난 고출력의 장수명을 자랑하는 고신뢰성 배터리로 평가되고 있다.
실리콘 음극재 30분 완충 반복 영향 받지 않고 영하 20℃ 충전 가능
특성을 예로 든다면 40kWh 배터리 충전을 위해서는 40kW 충전기로 1시간을 충전하는 기준을 1C라고 하고, 2C의 개념은 80kW 충전기를 사용해 40kWh의 배터리를 30분 만에 충전하는 것을 의미한다.
급속 충전하는 능력이 떨어지는 리튬이온 배터리의 경우, 1시간 이내에 배터리를 충전할 경우, 배터리 수명을 급격하게 감소시키는 치명적인 단점이 있다.
그러나 UFC배터리는 30분 완전 충전을 마치는 급속 충전 조건에서도 약 5천 회 이상의 내구성을 확보했을 뿐 아니라 6분 이내에 완전 충전을 구현하는 초 고출력 특성을 갖고 있다.
UFC배터리는 이런 고출력과 장수명 특성뿐만 아니라 안정된 세라믹계 음극재를 사용했기 때문에, 어떠한 급속 충전 조건이나 외부 충격에도 폭발하지 않는 고신뢰성 배터리로 영하 20℃에서도 충전되는 저온 기술은 또 다른 경쟁 무기가 된다. [교통뉴스=김경배 전문위원]
