나를 위한 기록

배터리를 가르킬 때, 배터리 셀, 모듈, 팩, 시스템 이런 식으로 다른 이름으로 붙이는 경우가 많고, 각각 가르키는 범위가 다르다. 흔히 배터리의 가격을 요즘 $100/kWh 정도로 저렴해졌다고 이야기를 많이 하는데, 이를 산정할 때 특히 어디까지 포함해서 가격을 산정 했는지가 중요한 정보가 된다. 이와 관련하여 어디까지가 셀이고 어디까지가 모듈이고 어디까지가 팩이고 어디까지가 시스템인지에 대해 기록하려 한다. 먼저 배터리 셀 은 최소 단위의 배터리이다. 흔히 AA, AAA 배터리 같은 단위가 셀이라고 보면 된다. 리튬이온전지의 최소단위로는 원통형 셀 (예를 들어 Panasonic 18650), 각형 셀 (삼성), 파우치 셀이 있다. 이를 구성하는 구성요소로는 양극, 음극, 도전재, 바인더 소재와 그 전극, 알루미늄과 구리 집전체, 분리막, 전해액, 그리고 셀 패키징 까지를 가리킨다. 그래서 셀 가격이라고 하면 이 범위까지로 보면 될 것이다. 배터리 모듈 은 셀에 셀들을 연결하는 그 연결 및 터미널 (Welding, Bolts, Wiring, Springs, etc.), 모듈의 패키징, 온도 모니터링 시스템, 배터리 전압 및 관리 시스템이 포함 된다. 여기서 이 시스템들은 모듈안에 들어가는 센서 정도로 이해하면 될 것 같다. 배터리 팩 은 위이 모듈에 모듈간의 커넥터 및 터미널, 모듈들을 받치는 선반, 냉각장치, 절연 장치 및 팩의 패키징 이 포함된다.  마지막으로 배터리 시스템 은 배터리 팩들의 모임에 그 연결과 터미널, 팩들을 받치는 선반, 전체 팩의 온도를 관리해주는 AC 시스템, Battery Management System, Thermal Management System 등 모든 팩들을 관리해주는 시스템을 전부 포함 한다. 가장 큰 범주로 이해하면 된다. 

내가 아는 한도에서 Solid Energy, Ionic Materials, Solid Power는 꽤 오랫 동안 고체 전해질 및 전고체 전지를 개발해온 스타트업들이다. 컨퍼런스에서 봤을 때도 실제 기술력은 알 수 없으나 발표가 인상적이었다. 유능한 CEO, CTO를 보유한 것 같다. QuantumScape는 2019년 초에 Stealth 모드로 사람을 많이 채용했던 회사다. 그 당시에는 왜 그렇게 했었는지 잘 몰랐지만 지금 보니 Volkswagen에서 큰 투자를 받고 진행했던 것 같다. Volkswagen은 자금력이 커서인지 투자들이 통이 크다. 아마 회사 이미지와 마케팅, 정치적인 문제까지 신경을 써서 투자를 해서 그 액수가 큰 것 같다. Panasonic은 현재 기존의 액체 전해질을 이용한 리튬이온전지에서도 상당한 진전이 있는 것으로 알고 있다. 배터리 팩 가격으로 $100/kWh를 달성하고 양산에 들어간 것으로 들었고, 에너지도 300 Wh/kg에 가까운 것으로 들었다. 기존의 리튬이온전지 시스템에서 말이다. 이것이 인상적이다. 그리고 Toyota와 함께 전고체전지를 개발한다는 점에서 기대가 된다. 알다시피 일본은 고체전해질 강국이다. 그리고 그 고체전해질 연구의 상당 부분이 아주 오래전부터 Toyota의 펀딩을 통해 이루어져왔다는 점에서 그 포텐셜이 터지지 않을가 생각이 든다. 게다가 전극 및 전지 제조 기술이 전세계에서 거의 가장 뛰어난 Panasonic과 합잡해서 만든다고 하지 그 결과가 더 기대가 된다.

LFP에 대한 관심이 많다. 유튜브나 관련 글을 보다 보니 잘못된 정보가 종종 있다. 그래서 확실한 정보를 기록을 해야겠다는 생각이 들어 관련 글을 하나 더 쓴다. LFP는 에너지, 용량, 전압이 근본적으로 적다. 간혹 CATL 또는 Tesla가 이를 기술 개발을 통해 극복한게 아니냐는 유튜브나 글이 있는데 사실이 아니다. LFP는 이 소재의 특성을 극복할 수 없다. LFP의 용량은 165 mAh/g 이하이고, 전압은 3.25 V vs. Li/Li+이다. 이보다 높아지는건 불가능하다. 4~5년 전에는 165 mAh/g 용량을 전부 발현하기 기술적으로 어려웠으나 지금은 150 mAh/g 정도는 무난히 달성하는 것 같다. 적은 에너지 (용량 x 전압)가 가장 큰 단점이고, 다른 단점들은 전기 전도도가 낮고, 리튬의 확산 채널이 1개라서 막힘 현상이 있다는 것이다. 하지만 이 두 단점은 이미 해결되었다. 공정비용이 늘긴 했지만 어찌 되었건 비정질 탄소 코팅을 하고, 입자 크기를 줄이면서 해결이 되었다.  그렇다면 장점은 긴 수명, 열 안정성과 출력 특성이다. LFP는 개발된 모든 양극소재를 통틀어 제일 좋은 수명, 열안정성, 출력 특성을 가지고 있다. 이 것이 중국이 버스에 오래전부터 사용해온 이유일 것이다. 에너지가 작지만 버스는 크므로 공간이 많아 많이 실으면 된다. 그리고 수명이 좋고, 열안정성이 좋아 안전하다. 또한 무거운 버스가 움직이기에 필요한 출력 특성을 뒷받침 해주기  때문이다.  * 2020년 2월 25일 - CATL의 LFP(리튬인산철, LiFePO4)를 사용하기로한 테슬라(Tesla)의 의도 - https://joseph-forest.blogspot.com/2020/02/catl-lfp-lifepo4-tesla.html 앞서 제시한 위 링크의 의견 처럼 Tesla 및 CATL 등 LFP로 고에너지의 전지를 저가에 만들겠다고 이야기하는 회사들은 배터리 팩 디자인 기술을 통해 이루겠다는 것이다. 고에너...

배터리를 오래 연구해왔다. 주변 지인들을 만나게 되면 주로 듣곤 하는 질문이 어떻게 배터리를 오래 쓰냐는 것이다. 나에게 너무나 당연한 사실을 사람들은 잘 모르고, 오늘 검색을 해봤는데 심지어 잘못된 지식들이 웹에 난무하다. 그래서 기록을 남긴다. 부디 모든 사람들이 배터리를 되도록 오래 사용하고 지구가 좀 더 깨끗해지기를.  항상 충전하지 말자.  배터리는 충전을 좋아하지 않는다. 우리는 충전이 되면 초록색, 방전이 되면 빨간색으로 표시하지만, 배터리 자신에게 충전이 된다는 것은 불안정한 위험한 상태로 간다는 것이고 방전이 된다는 것은 안정한 편안한 상태로 간다는 것이다. 다시 말해, 자꾸 충전을 해서 초록색 100%가 표시되게 배터리를 사용하는 것은 배터리는 불편함을 느끼는 것이고 금방 성능이 저하된다는 것이다. 요즘은 어디에서나 충전이 가능한 환경이다. 보통 대부분의 사람들이 케이블을 들고다니며 수시로 충전을 한다. 또 그게 가능하다 요즘은. 대부분 학교나 회사에 가는 입장이라면 핸드폰을 충전하지 못하는 시간은 하루 24시간 중에 이동시간 평균 2~3시간 미만이다. 그외의 모든 시간은 원하면 충전이 가능하다는 말이다. 배터리를 굳이 80%, 90%, 100% 로 충전할 필요 없다.  케이블을 항상 꽂고 있을 필요는 없다. 사무실에 있거나 차에 있거나 특히 잘 때다. 일할 때나 운전할 때나 잘 때 케이블을 꽂고 자고 밤새 배터리를 심하게 괴롭히는 분들이 많다. 그러지 않아도 된다.  처음 구입해서 좋은 습관으로 배터리를 잘 사용하면, 충분히 오랫동안 좋은 상태로 배터리를 사용할 수 있다. 이런 배터리 사용을 돕는 연구도 많이 하고 있으니 곧 무의식적으로 사용해도 똑똑한 배터리가 스스로 자신을 보호하고 오래도록 사용할 수 있기를 바란다.