이상기후 등에 대응하기 위해 전 세계적으로 탄소중립의 중요성이 강조되고 있다. 탄소중립을 위해 내연기관차 생산을 줄이고 전기자동차의 비중을 늘리려는 움직임이 활발하다.
하지만 리튬이온배터리(LIB)를 사용한 배터리의 폭발과 저온에서의 충전 효율이 떨어지고 수명이 줄어드는 등의 문제점으로 인해 차세대 2차전지 전고체배터리 개발과 상용화에 대한 중요성이 집중적으로 부각되고있다.
지난 1월 17일 불어닥친 북극한파로 인해 전기차의 무덤으로 돌변하고 운전자들을 절망의 현장으로 몰아넣은 시카고, 지난해 9월 3일 동안 화재에 휩싸인 테슬라 메가팩, 2022년 10월 카카오 데이터센터 배터리 화재로 인한 카카오톡 먹통사태, 충전 중이거나 주행 중인 전기차 배터리 화제는 우리의 편리한 일상생활을 불안하게하고있다.
이 때문에 우리나라를 포함하여 미국, 일본 등 국내외 2차전지 생산 전문 대기업들이 전고체배터리 개발과 상용화에 나서고 있다.
◇LFS 배터리, 상용 버스에 탑재, 시민 안전 운행 길 열려
케이아이비플러그에너지의 비케이동영테크(이기홍 대표)는 리튬과 희토류를 거의 사용하지 않아 폭발성이 거의 없는 2차전지 전고체 배터리(LFS: Lithium Free Solid-state)를 신규 출시되는 상용 버스에 탑재, 운행하기 위해 버스를 생산하는 범한자동자와 14일 계약체결을 했다고 밝혔다. 올 하반기부터 운행 예정이며 계약 차량 수량은 1000대로 공급 계약 금액은 총 1260억원 상당이다.
비케이동영테크가 납품하는 차량별 배터리 용량은 300~351킬로와트시(kWh)로 최대 1시간에 고속으로 충전되며 최대 약 200~300킬로미터(km) 주행이 가능하다. 이는 전 세계 최초로 상용버스 탑재되고 운행되는 기록이다.
또한 부피당 밀도가 500와트시(Wh)를 거뜬히 넘어 국가지원 보조금을 받는데도 문제가 없다는 설명이다. 추가적으로 차량에 배터리 냉각시스템이 없는 시험검증도 진행된다. 이는 전기차에서 혁신적이며 차량 단가에도 많은 영향이 있을 것으로 판단된다.
◇LFS, 폭발성 현저히 낮춰
현재 사용되고 있는 전기차 배터리는 리튬이온을 사용하고 있다. 리튬의 폭발성으로 인해 차량이나 에너지저장장치(ESS)가 폭발해 화재가 발생하는 등 주요 문제점으로 지적되고있다.
전세계 주요 언론에 보도된 바와 같이 2021년에 이어 지난해 9월 테슬라의 호주 퀸즐랜드주 메가팩에서 대규모 화재가 발생했고 3일 동안 화제에 휩싸여 불안과 공포에 떨게했다. 메가팩은 테슬라의 리튬이온 배터리를 기반으로 만든 대규모 에너지저장장치(ESS)다.
범한자동차 상용 버스에 탑재될 비케이동영테크의 전고체 배터리는 리튬양을 최소화해 폭발성을 최대로 줄여 충격에 의한 누액 위험이 없다는 설명이다. 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 매우 낮고 상대적으로 안전한다는 업체 측 분석이다.
◇에너지 저장장치 ESS로 최적격 배터리
서울시가 올해 166억원을 투입해 수소 승용차 102대와 수소 버스 42대를 보급하기로 했고, ESS 시설의 확대와 무덥고 추운 날씨 극복을 위한 숙제가 제기되고 있다. 지난달 미국 시카고에서는 전기차 배터리가 눈 폭탄과 혹한 날씨로 인해 방전은 빠르고 충전은 느려서 고속도로와 충전소가 장사진이었고, 운전자들을 절망과 원망에 빠지게 했다. 일부 충전기는 얼어붙어 먹통이 되었고 충전 시간도 평소보다 두배 이상 늘어난 것으로 알려졌다. 또한 기다리는 동안에[도 차량이 방전돼 견인되는 차량도 속출했다. 비케이동영테크 전고체배터리는 자가 방전이 없고 이와 같은 문제에 강인한 특성을 가지고 있어 ESS로는 최적격 배터리라는 설명이다.
◇극한, 극서 시험도 ‘문제없음’ 통과
또한 -36~70℃에서 실험결과 안정성 있게 충방전이 이뤄졌고 특히나 –20℃와 +70℃에서도 고속 충전시 정상 가동은 물론 발열이 없어 더운 중동, 극한추위의 지역에서 사용에 이상 없음을 업체가 확인했다. 비케이동영테크는 자체 개발한 전고체배터리가 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높으며 충전 시간도 리튬이온 배터리보다 짧다고 설명했다. 특히 정부출연연구원인 한국전자통신연구원(ETRI) 호남권연구센터와 함께 극서와 극한 온도에 대한 시험을 실시했고, 문제 없음을 확인했다고 한다.
이기홍 비케이동영테크 대표는 “고속 충전중에도 발열이 없어 충전 시 발생되는 폭발, 화재가 없다”며 “극저온 및 고온에서도 배터리의 효율성에는 큰 문제가 없는 것으로 나타났다”고 말했다.
이어 “범한자동차와 함께 상용 버스에 탑재할 수 있도록 최선을 다하고 앞으로 밀도를 향상시켜 주행거리를 늘리겠다”고 덧붙였다.
업체는 더불어 고속 충전시 2배속의 고속 충전으로도 발열이 없어 최대 1시간 충전으로 버스에 탑재된 배터리를 완충할 수 있다고 한다. 비케이동영테크는 이를 검증 받아 1차 대형버스에 장착키로 했다.
◇인도 이모빌리티 시장 진출 확정
인도 그랩턴모터는 전기오토바이에 탑재해오던 미국산 리듐이온베터리(LIB)를 비케이동영테크 전고체배터리로 교체하기로 확정했고 주문을 보내온 상태로 오토바이 천국 인도 진출이 확정된 상태다.
앞서 비케이동영테크는 미국으로 자체 개발한 LFS 전고체 배터리를 1차 36Kwh를 선적하고 2월말까지 108Kwh를 수출한다고 밝힌바가 있고, 미국 수출과 함께 미국 방산업체(GTS사/Global Technology System : Missile Battery System) 인증시험을 받기 위한 전고체 배터리 샘플 공급시험에도 들어갔다.
전북 과학진흥원과는 전기 어선 사업화를 위해 국책사업 지원을 받아, 소형어선은 2024년 3월까지 완료하고 상용화를 위해 최대 30t 어선까지 완료할 예정이다.
[신아일보] 김태형 기자
