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사진은 권력이다

2차 전지 3대장을 만나본 인터 배터리 전시회 본문

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2차 전지 3대장을 만나본 인터 배터리 전시회

썬도그 2021. 6. 11. 09:43
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갑자기 전기차 붐이 불었습니다. 이 전기차 붐은 유럽에서 시작되었습니다. 노르웨이는 2025년부터 내연기관차를 판매 금지시켰습니다. 놀라운 것은 노르웨이는 산유국입니다. 북해에서 나오는 석유로 후손들까지 넉넉하게 먹고살 수 있는데 내연기관차 판매를 금지했습니다. 독일도 그리고 미국도 최근에는 인도도 2030년에 내연기관 차량 판매를 금지할 것으로 보입니다.

이렇게 내연기관차를 줄이려는 이유는 간단합니다. 한계점이 다다른 지구의 이산화탄소를 조금이라도 줄이기 위해서 법으로 강제하고 있습니다. 물론 전기차가 100% 친환경 차량이라고 할수도 없습니다. 신재생 에너지로 만든 전기를 사용해야 친환경이지 우리가 사용하는 전기의 대부분은 여전히 화석연료를 태우는 화력발전소 의존도가 높습니다. 원자력이 그래서 좋다고 하지만 아시잖아요. 일본 후쿠시마 발전소를 보면 터지면 엄청난 재앙이 발생합니다. 

그럼에도 일단 전기차라도 전환해야 합니다. 참고로 전기차는 화력발전소에서 만든 전기로 충전한다고 해도 기존 내연기관차량보다 이산화탄소 발생이 60%나 적습니다. 

2차 전지 3대장을 만나본 인터 배터리 전시회

제가 전기차를 이야기한 이유는 전기차 원가의 30~50%를 차지하는 2차 전지인 전기차 배터리 때문입니다. 전기차는 내연기관차보다 부품도 1/3이 적고 모터와 배터리만 있으면 가고 서기에 고장 날 일도 많지 않습니다. 부동액도 윤활유도 필요 없어서 유지비용도 적습니다. 게다가 지금은 휘발유보다 전기료가 더 저렴합니다. 

현재 강남 코엑스에서 이번 주 금요일인 11일까지 2차 전지 전시회인 '인터 배터리'가 진행중에 있습니다. 올해로 8회인가 9회일 정도로 최근에 생긴 전시회입니다. 저는 올해 처음 가봤습니다. 사실 이 2차 전지 전시회는 큰 관심을 가질 것이 없었습니다. 우리가 매일 사용하는 스마트폰이나 노트북 배터리에 대해서 궁금해하는 사람이 몇이나 있겠어요. 

그러나 2020년 불어온 전기차 열풍은 저를 이 전시회로 이끌었습니다. 

스마트폰에서 전기차까지 모든 걸 다 만드는 삼성SDI 

삼성SDI이름에서 SDI가 무슨 약자인 줄 아세요? 검색해도 거의 안 나옵니다. 그런데 이 회사의 전신이 삼성전관에서 알 수 있듯이 Samsumg Display Industry의 약자라고 하네요. 디스플레이? 삼성SDI의 주력 사업은 배터리 회사이지 디스플레이가 아닙니다. 그러나 이 회사는 사업을 수시로 변화시킵니다. 태양광도 했다가 장사 안 되니까 중국에 팔아 버리기도 하는 등 돈 되는 사업으로 계속 이동 변화를 하고 있습니다. 

삼성SDI는 2차전지 회사입니다. 삼성 갤럭시S 같은 삼성전자에서 생산하는 스마트폰, 청소기나 배터리를 사용하는 가전제품에 다양한 형태의 2차 전지를 만듭니다. 입구에는 전동공구용 배터리가 있네요. 원통형 배터리를 묶어서 배터리 팩으로 만들고 이걸 갈아 끼면서 중대형 공구까지 전기를 지원합니다. 바닥을 뚫는 드릴까지 배터리로 달고 뚫을 수 있네요. 저걸 작동할 파워라면 엄청난 파워가 나와야겠네요. 

삼성SDI의 주력 배터리는 이런 원통형 배터리와 

각형 배터리입니다. 원통형 배터리는 묶어서 전기청소기, 로봇청소기 등에 사용하고 각형은 전기차 ESS에 주로 사용합니다. 참고로 삼성SDI는 LG에너지솔류션과 SK이노베이션에서 주로 사용하는 파우치형은 거의 사용하지 않습니다. 사용하는 쪽은 모바일이나 노트북에 사용합니다. 

삼성전자의 ESS입니다. 신재생에너지로 전기를 생산하면 그걸 바로 송전할 수 있지만 밤에는 전기가 남습니다. 그렇다고 풍력 발전을 멈출 수 없죠. 이렇게 남는 전기를 저장하는 전기 충전기가 ESS입니다. 초대형 배터리라고 보시면 됩니다. 그러나 연이인 ESS 화재 사고로 인해 인기가 뚝 떨어졌습니다. 이에 삼성SDI와 LG화학은 안전성을 최우선으로 하고 있지만 식어버린 ESS 사업을 국내가 아닌 화재 사고가 거의 없는 해외로 진출하고 있습니다. 왜 유독 한국 ESS에서만 화재가 날까요? 

우리가 사용하는 TWS 이어폰 안에도 배터리들이 있죠. 갤럭시 버즈는 동전형 배터리가 들어가네요. 그래서 교체가 가능한데 반면 애플 에어팟 시리즈는 뽄드로 칠해서 교체가 불가능합니다. 

삼성SDI는 갤럭시 스마트폰 배터리를 주로 만들어서 소박한 이익을 내고 있었습니다. 이 배터리 산업이 이익률이 높지 않습니다. 진입장벽이 낮으니 중국 중소기업들도 리튬이온 배터리를 만듭니다. 

그러다 몇년 전부터 전기차가 하나둘씩 나오면서 새로운 시장을 펼칩니다. 바로 전기차 배터리입니다. 삼성SDI는 이런 각형 배터리를 12개 정도 패키지로 묶어서 하나의 모듈을 만드는데 이런 게 6개 정도 들어간다고 하네요. 

이게 전기차 바닥에 달린 전기차 배터리팩입니다. 

이것도 배터리팩입니다. 삼성SDI는 BMW와 아우디에 배터리를 납품하고 있습니다. 

삼성SDI는 이 두 제조사 말고 또 다른 자동차 제조사와 손을 잡을 것으로 보입니다. 어제 CEO가 드디어 미국 진출을 할 예정이라고 말했죠. 요즘 미국에서 엄청난 인기를 끌고 있는 전기트럭인 리비안이 삼성SDI 파트너인데 리비안 대박 나면 덩달아 삼성SDI도 큰돈을 벌 수 있을 것 같네요. 

삼성SDI는 5세대 배터리 솔류션인 GEN5를 공개했습니다. 하이니켈 소재로 1회 충전에 660km를 주행할 수 있습니다. 엄청난 거리죠. 제2의 테슬라라고 하는 전기차 트럭인 리비안에 삼성SDI 배터리가 장착됩니다. 리비안은 아직 출시 전 트럭이라서 실제 자동차는 못 봤습니다만 한국도 진출하려는지 위장막 차가 돌아다니고 있다고 하네요. 

삼성SDI는 연구개발비를 엄청 씁니다. 배터리 시장이 워낙 진입장벽이 낮기에 기술력으로 승부해야 합니다. 그래서 지금 삼성SDI가 도요타 다음으로 기술 수준이 높은 전고체 배터리 개발을 하고 있습니다. 지금의 배터리는 화재 위험이 있는데 전고체 배터리는 화재 위험이 없습니다. 나오면 게임 체인저가 될 것이라고 하죠. 그러나 기술장벽이 높아서 당장은 아니고 2025년 시제품이 나오고 2027년 이후에나 양산 제품이 나올 예정입니다. 

2차 전지 생산량 1위 기업 LG에너지솔루션

몇 년 전만 해도 전 세계에서 가장 자동차 배터리를 많이 만들었던 회사가 LG화학입니다. 지금은 중국의 CATL이 차지하고 있고 신고가를 낼 정도로 전 세계에서 손을 잡자고 합니다. 2위가 LG화학입니다. 최근에 배터리 사업부만 LG에너지솔루션으로 분리되었고 올 연말에 상장할 것이라고 하죠. 

LG에너지솔루션도 ESS 사업을 하는데 가정용 ESS 제품도 있네요. 무슨 냉장고 같이 생겼습니다. 국내보다는 해외에서 많이 판매된다고 하네요. 

LG에너지솔류션하면 파우치죠. 큰 대일밴드 같이 생긴 형태의 파우치형 배터리의 장점은 크기를 다양하게 만들 수 있고 좀 더 크기를 작게 만들 수 있습니다. 수많은 전기차에 들어가는 형태인데 안전성은 좀 떨어집니다. 그래서 각형으로 돌아선 유럽 자동차 제조사들도 있습니다. 

원통형 배터리도 만드는데 LG전자 무선 진공청소기나 로봇청소기 등에 들어갈 듯하네요. 

파우치형 배터리는 껌처럼 생겼는데 이 셀을 뭉쳐서 아래처럼 패키징을 해서 여러 개를 전기차 바닥에 답니다. 

앞으로는 모듈 팩 크기를 좀 더 크게 해서 좀 더 적은 모듈팩을 넣을 계획이라고 하네요. 

LG에너지솔류션은 미국 GM과 손을 잡고 미국에 배터리 공장을 만들고 있고 유럽 전기차에도 많이 납품하고 있습니다. 하나의 자동차 제조사가 하나의 배터리 회사와 손을 잡는 건 아니고 여러 배터리 제조사의 제품을 사용하더라고요. 아마도 경쟁을 통해서 가격을 낮추려는 건 아닐까 합니다. 

LG에너지솔류션은 전고체배터리보다는 리튬황 배터리를 연구하더라고요. 리튬황은 무게가 가벼워서 항공기 같은 무게가 중요한 드론이나 항공체에서 사용할 수 있을 듯합니다. 다만 수명이 짧은데 이걸 극복하는 과제가 있습니다. 

LG에너지솔류션 인력으로 만들어진 SK이노베이션 배터리

까놓고 말해서 SK이노베이션 배터리 기술들 LG화학 직원들 빼와서 만든 기술입니다. 아니라고 말할 수 없습니다. 엄연한 사실이니까요. 이렇게 경쟁사 직원을 빼오는 기술 탈취는 결코 좋은 모습이 아닙니다. 이에 LG화학은 소송을 했고 미국 법원은 SK이노베이션 배터리 판매를 금지했습니다. 그런데 공장을 짓고 있는 상황이라서 난감하게 되었습니다. 국무총리가 혼 지검을 낼 정도로 두 회사는 감정의 골이 깊었죠. 

그러나 두산 박용만 회장의 중재로 조 단위의 보상금을 받고 화해를 했습니다. SK이노베이션은 석유개발 같은 석유화학 회사였습니다. 그러나 배터리도 만들고 있었습니다. 그냥 에너지가 있는 곳이라면 다 달려가고 다 만드는 에너지 회사로 봐야 할 겁니다. 

SK이노베이션은 스마트폰 배터리, 원통형 배터리 이런 거 안 만듭니다. 오로지 전기차 배터리만 만듭니다. 그런데 배터리 기술이 꽤 좋습니다. 현대 아이오닉 5가 400km를 간다느니 하는 것도 놀랬지만 무러 20분에 배터리 80%를 충전하는 초고속 충전이 들어가 있습니다. 

이걸 가능하게 한 게 SK이노베이션이네요. 이노베이션은 NCM9 배터리를 선보였습니다. 하이니 켈 배터리로 90%에 가까운 니켈을 사용합니다. 여기서 NCM은 양극재 소재로 N은 니켈, C는 코발트, M은 망간으로 코발트가 안정성이 무척 뛰어나서 섞어서 사용하는데 문제는 코발트가 콩고의 한 광산에서만 나옵니다. 그래서 비쌉니다. 이에 코발트를 대체할 물질을 찾고 있고 최대한 코발들을 덜 쓰는 기술들을 발전시키고 있습니다. 그중 하나가 니켈로 니켈을 90%까지 올렸네요. NCM9는 고에너지 배터리로 장거리를 달릴 수 있습니다. 

분리막입니다. 이게 아주 중요합니다. 배터리는 양극제, 음극제가 끝에 있고 중간에 전해질이 있는데 이 전해질이 섞이지 않게 분리막을 넣습니다. 분리막은 전해질은 들락거리지 않고 오로지 리튬 이온만 왔다 갔다 하게 만들어야 합니다. 아주 아주 미세한 구멍이 있어서 이온만 들락거립니다. 그런데 이 기술이 어렵죠. 그래서 분리막 기술이 중요합니다. SKIT가 분리막 제조술도 큰돈을 벌고 있죠. 배터리 셀 제조사들의 수익률이 5%인 이유가 양극재, 음극재, 분리막 가격이 비쌉니다. 

SK이노베이션은 2차 전지 3 대장 중에 기술력이 가장 떨어진다고 알려졌는데 현장에서 제가 볼 때는 가장 활발한 활동을 하고 있더라고요. 멀티탭 기술로 20분 만에 80% 초고속 충전 기술도 만들었고요. 

포드사와 협력을 하고 있고 여러 자동차 메이커들과 손을 잡고 있습니다. LG화학에서 분사된 느낌인 배터리 제조술인 줄 알았는데 오히려 몇몇 분야에서는 더 나아 보입니다. 

양극재 업체들

전기차 가격의 30% 이상을 차지하는 배터리, 그 배터리 가격의 대부분을 차지하는 양극재와 분리막, 양극재와 분리막 업체들이 요즘 돈을 많이 벌고 있습니다. 한국은 양극재와 분리막 업체들 중에 세계적인 업체들이 많습니다. 에코프리비엠도 그중 하나로 양극재 업체입니다.

또 하나는 포스코케미컬입니다. 

양극재입니다. 영어들은 다 원소기호 약자입니다. 요즘 인기 있는 양극재는 삼원계로 NCM입니다. 니켈, 코발트, 망간

전기자동차, 전기스쿠터

인터배터리 전시회와 함께 전기차, 전기스쿠터 전시회도 동시에 진행 중이었습니다. 전기스쿠터도 지자체, 정부 보조금을 받아서 300만 원대 제품을 100만 원 대에 구매할 수 있더라고요. 소음이 너무 없어서 너무 좋네요. 배달 오토바이 소리 너무 시끄럽거든요. 그런데 너무 조용해서 뒤에서 스쿠터가 와도 잘 모른다고 해서 일부러 소음 기능을 넣기도 합니다. 

전기차나 전기스쿠터도 제조 진입장벽이 낮습니다. 위 스쿠터도 충청도에 있던 변속기 만드는 회사가 만들었다고 하네요. 

기아의 신차인 전기차 EV6도 체험해 볼 수 있었습니다. 많은 사람들이 인정하지만 한국 자동차 디자인이 퀀텀 점프를 했습니다. 로고만 지우고 보면 외제차인 줄 알겠어요. 

특히 전후방 LED 램프를 기가 막히게 활용합니다. 

전기차라서 그런지 뒷문 개폐도 전기의 쓱 올라가고 내려오고 다양한 충전 포트들이 있습니다. 엔진이 없고 모터가 있어서 전면 보닛 안을 열면 작은 수납공간도 있습니다. 

충전을 하면 스마트폰처럼 LED로 충전 게이지도 있네요. 

그럼에도 전 현대 전기차 아이오닉5가 좋아요. 포니를 오마쥬 했다고 하는데 각진 모습과 픽셀 LED가 너무 좋네요. 

그럼에도 리비안이나 테슬라에 비하면 전기차만의 장점을 충분히 살리지 못한다는 느낌도 살짝 듭니다. 디자인은 아주 좋은데 실용적인 기능도 더 많이 추가했으면 하네요. 참고로 자율주행차가 되려면 많은 센서들에 전기를 공급해야 해서 지금보다 배터리 용량이 2배 이상 많아져야 한다고 하네요. 배터리 기술이 후딱후딱 발전하던가 전고체 배터리가 에너지 밀도가 높아서 자율주행차는 전고체 배터리를 장착해서 달릴 것 같습니다. 

아마 2030년도나 가시적으로 보이지 않을까 하네요. 

전기차는 이제 막 피어나는 꽃인데 충전소가 적어서 문제가 많았지만 요즘은 충전소도 늘고 집에서도 충전이 가능한 기술이 많아져서 누구나 쉽게 충전할 수 있게 되었습니다. 아파트도 전기차 충전소가 늘고 있더라고요. 

전기차 배터리에 가장 큰 적이 무엇일까요? 바로 수소입니다. 태양광, 풍력으로 만든 전기를 이용해서 물을 전기 분해하면 수소가 나옵니다. 이 수소를 저장하고 있다가 반대로 수소와 산소를 결합해서 전기를 만드는 수전해를 해서 전기를 만들 수 있습니다. 수소는 또 하나의 배터리입니다. 문제는 아직 기술 발전이 안 돼서 수전해 기술도 걸음마 단계입니다. 

그럼에도 수소 경제로 가면 ESS 대신 풍력, 태양광 발전소 옆에 수소탱크가 생길 겁니다. 충전소 설치도 쉽지 않다는 것이 수소 전기차의 문제입니다. 그럼에도 장거리 운전을 해야 하는 트럭은 수소 전기차가 더 낫습니다. 제 생각에는 전자책과 종이책이 공존하듯 승용차는 전기차, 트럭이나 대형 운송 수단은 수소전기차가 함께 달릴 것으로 보입니다. 

오늘까지 하는 인터배터리 꽤 많은 걸 직접 눈으로 볼 수 있어서 좋았습니다. 

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