전기차 산업에 활력을 불어넣을 파워 배터리?

일본 닛케이신문은 토요타가 1회 충전으로 500㎞를 주행할 수 있고, 완전 충전까지 10분이면 기존 전기차보다 3분의 2 이상 단축되는 전고체 배터리를 개발하고 있다고 9일 보도했다. 토요타는 세계 최초로 전고체 배터리 차량을 대량 생산하는 제조사가 될 것으로 예상되며, 내년에는 프로토타입 차량을 출시할 예정이다.

도요타 소식 외에도 폭스바겐과 빌 게이츠가 공동 투자한 회사인 퀀텀스케이프(QuantumScape)도 15분 만에 80%를 충전할 수 있고 에너지 밀도를 50% 높이며 더 넓은 범위의 배터리를 견딜 수 있는 새로운 전고체 배터리 기술을 공개했다. -30 ℃만큼 낮은 온도. 폭스바겐은 2025년까지 새로운 배터리 생산라인을 갖추는 것이 목표라고 밝혔다.

그렇다면 고체 배터리와 기존 배터리의 차이점은 무엇입니까?

전통적인 리튬 배터리: 양극, 격막 및 음극으로 구성되고 전해질로 채워집니다.

고체 배터리: 리튬 배터리는 고체 전해질을 사용하며 전해질 재료는 고체 리튬 배터리의 성능을 크게 결정합니다.

이 둘의 가장 큰 차이점은 전고체전지의 전해질이 고체라는 점이다. 이는 양극과 음극 사이의 리튬이온 이동을 위한 매질이 액체에서 고체로 바뀌는 것을 의미한다. 양극재의 지속적인 업그레이드로 고체 전해질은 더 나은 조화를 이룰 수 있으며 이는 배터리 시스템의 에너지 밀도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

전고체 배터리의 장점.

고체 전해질을 사용하기 때문에 기존 리튬 배터리에 비해 고체 배터리는 불연, 고온 저항, 부식 없음, 휘발 없음, 화재 위험이 낮고 에너지 밀도가 높은 특성을 갖습니다.

전고체전지 산업화.

전고체 배터리는 배터리 에너지 밀도와 내구성에 대한 불안감을 해소할 수 있는 최후의 솔루션으로 꼽힌다. 전고체전지는 장점이 많지만 가격이 비싸고 생산능력이 낮아 널리 사용되지는 못했다.

전고체 배터리의 상용화는 생각만큼 빠르지 않을 수도 있다. 2019년 닝더타임스는 전고체전지 개발에 전념하고 샘플을 생산했지만, 완전히 상용화되려면 10년이 걸린다고 밝혔다. 이는 대규모 생산과는 거리가 멀다는 뜻이다.

전고체전지 적용 일정이 예측된다.

- 2021년은 전고체 배터리 시장의 잠복기가 될 것이다. 관련 제품 기획과 연구개발이 진행될 예정이며, 시장은 여전히 ​​삼원계 배터리가 주도할 전망이다.

- 2021년부터 2025년까지 전고체 배터리는 배터리 에너지 밀도가 300~500Wh/kg에 도달하는 초기 적용 단계에 진입하고 소수의 고급 전기 자동차에 전고체 배터리가 장착될 것입니다.

- 2025년부터 2030년 또는 그 이상까지 시장은 진정한 성숙을 이루고 전고체 배터리의 에너지 밀도는 500Wh/kg을 초과하며 대규모 생산이 본격적으로 대중화될 것입니다.

일반적으로 모든 전고체 배터리, 특히 자동차와 같은 고전류 애플리케이션용 배터리는 산업화 규모와는 거리가 멀고 추가적인 업그레이드와 비용 관리가 필요합니다.

왜 어떤 사람은 대량생산이 임박했다고 하고, 어떤 사람은 10년이 걸린다고 하는 걸까?

짐작할 수 있듯이, 현재 양산용으로 광고되는 '전고체 배터리'는 모두 고체 배터리가 아닌 반고체 배터리다.

반고체 배터리는 일반적으로 한쪽 전극에는 고체 전해질이 있고 다른 전극에는 액체 전해질이 있습니다. 반고체 배터리를 실험하는 많은 사람들은 빠른 상업적 사용을 목적으로 합니다. 예를 들어, 토요타는 트램용 고체 배터리 개발을 목표로 삼았지만 점차 '반고체' 배터리부터 시작할 것이라고 밝혔습니다.

Ning De가 대규모 생산에 10년이 걸릴 것이라고 말한 것은 전고체 배터리를 의미했고 그것이 목표였습니다.

Toyota와 QuantumScape의 전고체 배터리가 스타트업에 위협이 될까요?

전고체 배터리 개발 관점에서.

유럽과 미국의 배터리 기술 혁신은 주로 스타트업이 주도하고 있다. 유럽과 미국 국가에서는 중소기업이 혁신을 담당하고, 대기업은 인수합병을 통해 혁신 문제를 해결하기 때문에 광범위하게 탐색할 필요가 없다.

일본은 전통적인 자동차 및 기계 기업이 지배하고 있습니다. 왜냐하면 일본의 전통 기업은 매우 미래지향적이고 새로운 기술을 시도하기를 원하기 때문입니다.

중국은 전고체전지 분야에 비교적 늦게 진출했다. 하지만 전고체 배터리는 언론에서 보도한 것만큼 인상적이지 않다고 생각합니다. 연구개발에 1~2년의 공백이 있어도 주력 배터리 업체의 입장을 뒤집기에는 부족하다.

첫째, 리튬전지가 주류로 자리잡으면서 급속히 발전할 것이다. 현재의 액상 버전, 혹은 계속해서 개선될 예정이며, 특히 매년 30%씩 개선된다면 5년, 10년마다 개선된 배터리 효율은 전고체 배터리와 비슷할 것입니다.

둘째, 혁신적인 전고체 배터리 기술을 기업에 쉽게 통합할 수 있습니다. 고체 배터리도 리튬 배터리의 루트입니다. 리튬 배터리의 경로에서 이러한 향상된 기술은 선도 기업에서 쉽게 수집할 수 있습니다. 배터리 신기술의 돌파구를 마련하기 위해서는 공장을 짓는 문턱과 위험성이 매우 높기 때문에 많은 사람들이 그 기술을 선도 기업에 팔아 규모를 빠르게 확장할 수 있을 것이다. 전고체 배터리의 상대적인 기술 격차는 작으며, 전고체 배터리의 상용화에서는 대규모 배치의 이점이 분명히 더 중요합니다.