망간에 눈 돌리는 전기차 업체들…배터리 신소재로 부각

망간은 진정으로 저렴한 EV배터리의 누락된 고리가 될 수 있다.

세계가 모빌리티의 전기화를 수용함에 따라 기업들은 전기 자동차 혁명에 전력을 공급하고 더 나은 배터리를 구축하기 위해 서두르고 있다. EV 배터리의 성배를 찾기 위해 신소재와 화학을 연구하고 테스트하고 있다.
망간은 많은 전기 자동차 제조업체와 배터리 생산업체에게 새로운 관심을 받고 있다. 또한 망간은 배터리의 대량 채택시점까지 비용을 낮출 수 있고 잠재력이 있으며 상당히 풍부한 재료이다.

세계에서 가장 유명한 두 EV 제조업체인 테슬라와 폭스바겐은 전기 자동차에 이상적인 배터리를 찾기 위한 탐색에서 망간을 차선책으로 고려하고 있다. 이 금속은 크롬과 철 사이의 주기율표에서 25번에 위치하며 니켈이나 코발트와 같은 원자재의 희소성에 대한 걱정 없이 리튬 이온 배터리의 대량 생산이 가능하다.

일론 머스크는 3월 독일 기가 베를린(Giga Berlin) 개막식에서 테슬라가 리튬 이온 배터리의 양산 잠재력을 위해 망간을 고려하고 있다고 밝혔다. 고망간 화학 물질은 니켈 사용을 줄일 수 있는데, 니켈은 비싸고 공급하기 어렵다.

머스크는 테슬라가 기가급으로 운영되길 바라고 있으며, 이를 위해서는 풍부한 원료를 사용하는 배터리가 필요하다.

머스크는 기가 베를린 오프닝에서 “매우 큰 규모에서는 궁극적으로 수천만 톤, 어쩌면 수억 톤이 필요하다. 따라서 이러한 배터리를 대규모로 생산하는 데 사용되는 재료는 일반적인 재료여야 한다. 그렇지 않으면 확장할 수 없다”라고 말했다.

머스크가 망간에 대해 이야기한 것은 기가 베를린 오프닝이 처음이 아니다. 2020년 테슬라 배터리 데이(Tesla Battery Day)에서 머스크는 광물에 대한 낙관론을 표명했다.
머스크는 "3분의 2의 니켈과 3분의 1의 망간으로 된 음극을 만드는 것은 비교적 간단하다. 이렇게 하면 동일한 양의 니켈로 50% 더 많은 전지 부피를 만들 수 있다”라고 말했다.

망간은 리튬 이온 배터리 생산에 새로운 것이 아니며 이것이 주요 문제이기도 하다. 닛산(Nissan)은 1세대 차량 모델인 리프(Leaf)에 망간-리치 배터리(manganese-reach battery)를 사용했으며 이는 아킬레스건이 되는 것으로 판명되었다. 열 관리가 없으면 에너지가 부족한 팩은 수명 주기가 짧고 이미 제한된 주행 거리 범위가 특히 미국 남서부와 같은 더운 기후에서 빠르게 저하된다.

하지만 그것은 10여 년전의 일이었고, 그 이후로 배터리가 많이 개선되었다. 낮은 에너지 밀도에도 불구, 고망간 배터리는 여전히 리튬 인산철(LiFePO4, LFP) 셀보다 성능이 우수하다.

국제 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)에 따르면, 개선된 망간 배터리는 가격과 에너지 밀도측면에서 LFP와 하이-니켈 배터리 사이에 위치한다. IEEE는 전기전자공학 전문가들의 국제조직이며 본사는 미국 뉴욕에 있다.

폭스바겐도 망간에 대해 매우 흥분하고 있다. 머스크의 오랜 팬인 CEO 허버트 디스(Herbert Diess)는 3월 회사의 파워 데이 행사에서 다목적 ‘통합 셀’에 대한 계획을 공개했다. 새 배터리는 철과 망간을 포함하여 여러 화학 물질을 사용할 수 있다. 그리고 파우치형 셀만 공급하기 때문에 폭스바겐의 협력사인 LG에너지솔루션과 SK이노베이션을 패닉 상태로 몰아넣은 프리즘형이라고 말했다.

일론 머스크가 말했듯이 고망간 배터리에 니켈의 절반을 사용하고 코발트는 사용하지 않는다. 폭스바겐은 그들의 리튬 니켈 망간 산화물 화학이 니켈이 많이 디자인된 형태에 비해 음극 비용을 47%까지 줄일 수 있다고 생각한다.

그리고 통합 셀은 여러 화학 물질을 사용할 수 있기 때문에 폭스바겐은 배터리로 광범위한 가격대를 커버할 수 있다. 즉, 가장 저렴한 모델에는 LFP 배터리를 사용하고 주류 모델에는 고망간 배터리를 사용하고 고성능 모델에는 고니켈 배터리를 유지해야 한다.

원자재 가용성과 가격이 이제 리튬 이온 배터리 생산을 늘리는 데 제한적인 요소임을 고려할 때 망간의 중요성은 엄청나다. 머스크가 제안한 것처럼 모든 차량을 배터리로 구동되는 등가물로 교체하려면 300테라와트시의 배터리가 필요하며 니켈은 큰 에너지 밀도와 성능에도 불구하고 확장되지 않는다. 망간은 현재로선 상당히 풍부하고 저렴하기 때문에 우리의 최선의 해결책이 될 수 있다.


김세업 글로벌이코노믹 기자