루카스 베르나르스키
리튬 이온 배터리 – Lithium
중국은 2015년에 중국제조 2025를 발표했습니다.
전기자동차와 배터리, 리튬 산업을 육성을 최우선 과제로 선정했습니다.
폭스바겐은 2025년까지 리튬 이온 배터리 전기 자동차 30종을 출시하겠다고 합니다.
2025년 순수 전기 자동차는 25% 차지할 것이라고 전망했습니다.
배터리 수요도 같이 늘어날 수 밖에 없습니다.
리튬 이온 배터리 수요는 , 2000년부터 2015년 까지 30배이상 증가 했고,
2015년에서 2025년 까지 10배 이상 증가 예상됩니다.
리튬이온 배터리는 양극재에 따라 여러가지로 나뉩니다.
NMC 양극재가 승리를 거두는 듯했습니다. (니켈 망간 코발트 조합)
중국 BYD가 관련 연구를 주도한 결과, LFP 양극재도 성능이 꾸준히 개선되었습니다.
양극재는 4가지로 구분할수 있습니다.
NCA, NCM, LFP, LCO
- NCA : 니켈 코발트 알루미늄 양극재 입니다. 테슬라 모델 S에 적용되었습니다.
니켈의 함량이 80%이상이라, 베터리 밀도가 높습니다. 순간적으로 강한 힘을 낼수 있어, 상대적으로 불안정
- NCM : 니켈 코발트 망가니즈 양극재 입니다. 중대형 배터리용 입니다.
- LFP : 리튬 인산철 양극재입니다. 니켈이 들어가지 않아, 안정성이 높습니다.
코발트가 들어가지 않아, 가격이 저렴합니다. 에너지 밀도가 높지 않아, 주행 거리가 짧습니다.
- LCO : 리튬과 코발트가 들어가 있습니다.
리튬 이온 배터리에 쓰는 가장 기본적인 양극재 입니다. 스마트폰에 들어갑니다.
가격이 비싸고, 에너지 밀도가 낮기 때문에 전기 자동차에는 부적합합니다.
국가별 배터리 산업 비교
미국
배터리 연구를 가장 먼저 시작했습니다.
원자폭탄에 NCM 양극재를 적용했습니다.
EU
배터리는 과잉 공급될 것이라고 생각하고 있습니다.
2017년까지 EU는 배터리 산업에 대응하지 않았습니다.
많은 회사가 배터리 사업을 시작했습니다.
LG화학 2018년, 삼성SDI 2018년, 노스볼트 2021년 각각 배터리 사업을 시작했습니다.
LG화학 는 연간 70 GWh, 노스볼트는 연간 32 GWh 를 생산합니다. (GWh = Giga Watt hour )
테슬라 모델3는 50 KWh 배터리 용량이 필요합니다.
32GWh 라면, 64만대 테슬라 모델3를 만들 수 있습니다.
향후 10년 안에 2 TWh 까지 증설됩니다. (TWh = Tera Watt hour )
2018년 전 세계 자동차 판매량은 9700만대 입니다.
2019년 전기자동차 판매량은 200만대 입니다.
폐배터리 재활용 산업
중국, 폐배터리가 대량 배출될 것으로 예상하고 있습니다.
2018년 중국에서 100만대 전기 자동차가 판매 되었고,
2019년, 전 세계에서 200만대 전기 자동차가 판매되었습니다.
2025년에는 폐배터리가 대량 배출될 것으로 전망됩니다.
하지만, 배터리를 취급하는 전문가는 부족한 상황 입니다.
중국 폐배터리 처리 산업
거린메이
400만톤의 폐기물 처리, 30만톤의 폐배터리 처리 가능합니다.
2020년 중국에서 50만톤의 폐배터리 배출 됩니다.
유럽에서 가장 큰 재활용 처리 기업은 폐배터리 1만톤도 처리 불가능합니다.
폐배터리를 처리할수 있는 두가지 방법
서구에 신규 시설 건설
중국으로 수입해서 처리하는 방법
해운업체는 폐배터리 운송을 거절하고 있는 상황
위험화물 운송을 위한 서류 작업만 6개월 소요됩니다.
폐배터리 처리 산업의 변동성이 큽니다.
재활용 업체간 입찰 경쟁
폐배터리 처리를 위한 비용 지불
폐배터리에서 금속 추출 가능성
폐배터리와 관련한 트랜드
배터리 사용 기간 확대
전기자동차 배터리 재생 기업
리튬 이온 배터리의 사용 기간 증가
성능이 저하된 셀들만 교체 가능
배터리를 재사용하는 방법을 연구하는 스타트업 등장
배터리 재사용 방법
재사용 사다리
1979년 네달란드의 한정치인이 만든 개념
배터리 성능이 낮아도 사용 가능한 곳
발전소의 에너지 저장소, 병원이나 데이터 센터등
배터리 관련 데이터 산업
배터리 관련 정보 전송
매시간 5기가 바이트의 데이터 전송
배터리 매니지먼트 시스템 업그레이드에서 매우 중요
전기 비행기 및 전기 선박
200여개의 전기 비행기 프로젝트
제트연료의 에너지 밀도, 킬로그램당 약 12,000 Wh
리튬 이온 배터리, 킬로그램당 250Wh~300Wh (제트연료의 40분의 1수준)
배터리가 빠르게 발달하고 있지만, 무어의 법칙이 적용되는 것은 아닙니다.
전기 비행기 3가지 접근 방법
- 순수 전기로만 움직이는 비행기
- 하이브리드 방식의 비행기 (에어버스 추진중)
- 전기비행기를 새로 설계하는 방법
이비에이션 ‘엘리스’ NMC 양극재 사용했지만,
배터리 무게만 3.7톤이고, 전체 무게의 60%를 차지합니다.
전기 화물선
화물선은 하루 동안 중유 225톤을 사용
배터리를 분산 배치하고, 전기 모터로 구동하는 방식을 적용할 수 있습니다.
캐나다 에너지 기업, 스털링 플랜B
일본, 리튬 이온 배터리를 잠수함에 적용했습니다.