중국 배터리 업체 파라시스 에너지가 혁신적인 배터리 셀 테스트에 성공함으로써 전 세계 소수의 기업만이 달성한 100만 마일 주행 가능한 배터리 제조를 향한 여정에 중요한 이정표를 세웠다.
100만 마일 주행 가능한 배터리를 만들려면 셀을 5000회 이상 순환시켜야 하는데, 이 과정에서는 24~36개월 동안 가속 테스트가 필수다. 파라시스는 니켈•코발트•망간(NCM) 화학 셀인 P75와 P73을 엄격하게 테스트하여 주기적 노화의 특성은 물론 시간 경과에 따른 자연스러운 노화인 캘린더 노화(calendar aging)의 특성도 평가했다. 2018년부터 개발된 이 셀은 광범위한 테스트와 분석을 거쳤다.
파라시스의 엔지니어들은 이 셀을 사용한 배터리 팩이 용량의 70% 이상을 유지하면서 15년 동안 100만 마일을 사용할 수 있다고 자신 있게 주장한다.
실제 조건에서의 테스트
셀의 용량은 ▲셀의 온도 ▲방전 심도 ▲충전 속도 ▲방전 속도 ▲압력 ▲보관 온도에 따라 좌우된다. 현재 많은 셀이 업계 표준 테스트 조건(25℃ 및 C/3 비율)에서 원활하게 작동하지만 실제 조건은 이상적인 경우와는 거리가 멀다. 따라서 파라시스는 고속 충전(P75와 P73이 각각 약 20분과 30분 만에 배터리를 10%에서 80%까지 충전하는 것과 동일한 수준)과 90% 이상의 높은 방전 심도 등 가혹한 사용 환경을 가정한 상태로 테스트를 진행했다.
테스트는 미국 해안, 서유럽, 중국 등 주요 자동차 시장을 대표하는 다양한 온도(25~35℃)에서 이루어졌다. 또한 테스트 설비는 실제 배터리 팩/모듈에서 발생하는 다양한 압력 조건을 그대로 연출해 현실에 버금가는 테스트 조건을 만들었다.
첨단 재료 및 기술
배터리 주기의 긴 수명은 첨단 소재와 충전 전략을 통해 달성했다. 분리막은 반고체(semi-solid) 젤로 코팅해 전해질의 양을 줄이면서도 우수한 이온 전도성과 화학적 안정성을 확보했다. 음극과 양극 소재는 뛰어난 안전성을 자랑하며, 전해질과 전극 인터페이스는 성능 향상을 위해 최적화했다. 또 리튬 도금과 발열을 줄이도록 충전 전략을 최적화함으로써 용량 손실을 유발하는 부반응(side reaction)을 효과적으로 억제했다.
높은 에너지 밀도와 안전 기능
이러한 셀을 사용한 배터리 팩은 수명이 길고, 에너지 밀도는 높다. 또 20~30분 고속 충전이 가능하며, 열 전이(thermal propagation)를 완화시킨다. 이 셀은 중국 동평자동차의 프리미엄 전기차 브랜드인 보이야와 메르세데스-벤츠 같은 고급 승용차와 상용차 및 기타 긴 배터리 수명이 필요한 브랜드를 위해 대량 생산되고 있다. 셀은 최대 285Wh/kg의 에너지 밀도를 달성하여, 대형 트럭에 장착할 경우 전고체(LFP) 기반 배터리 팩에 비해 300km 더 긴 거리의 주행이 가능하다.
파라시스는 또한 안전한 작동을 보장하기 위해 고유한 패키징 기술을 개발했다. 이 기술은 방향 배기 시스템(directional exhaust system), 셀별 다면 열 차단 보호, 열전 분리, 열 발생 시 열을 흡수하는 상변화(phase changing) 소재를 사용해 열 전이로 인한 위험을 완화시킨다. 이러한 혁신적인 조치는 열 전이를 효과적으로 방지함으로써 셀의 안전성을 크게 높여준다.
상용차에 적용
일반 소비자용 차량 중에서 20만 마일 주행이 가능한 차량이 1%에 불과하나 버스와 대형 트럭 같은 상용 차량 중에선 이러한 이정표를 달성하는 차량들이 자주 있다. 전통적으로 디젤 엔진이 탑재된 상용차는 유지보수와 연료 및 전기 비용을 고려할 때 디젤 엔진의 절반 수준에 불과한 전기 파워트레인의 낮은 운영 비용이 주는 이점을 누릴 수 있다. 상용차에 오래가는 배터리 팩을 탑재하면 운영자와 대중 모두에게 상당한 재정적 및 환경적 이점을 선사한다.
전기 수직 이착륙기(eVToL) 시장의 주요 업체들은 이러한 셀을 독립적으로 평가한 결과 1만 회 이상의 비행 주기를 견딜 수 있는 것으로 확인되자 원통형(cyclical)과 프리즘형(prismatic) 셀 대신 파우치(pouch) 셀을 선택했다.
더 자세한 내용이 궁금하면 sales@farasisenergy.com.cn으로 문의하면 된다. 파라시스 팀은 자사의 100만 마일 주행 가능한 배터리 기술이 고객의 향후 프로젝트와 응용 분야를 어떻게 지원할 수 있는지 함께 논의할 수 있기를 고대하고 있다.
