독일 연구진, 테슬라·비야디 배터리 분해 분석…"실리콘 無, 철학 완전히 달라"

RWTH 아헨 대학교의 독일 연구원들은 두 전기 자동차 거대 기업의 배터리 기술에 대한 전례 없는 분석을 수행했다.

이들의 포괄적인 연구에서는 테슬라의 4680 셀과 비야디(BYD)의 블레이드 배터리를 분석해 업계 가정에 도전하는 설계 철학과 성능 특성의 상당한 차이를 드러냈다고 9일(현지시각) 에비던스네트워크가 보도했다.

PEM 생산 공학 부서의 아킴 캠프커 교수가 이끄는 연구팀은 상세한 조사에서 몇 가지 놀라운 요소를 발견했다.

이 프로젝트에 참여한 핵심 연구원인 하이너 하이메스 교수에 따르면, 가장 예상치 못한 발견은 양쪽 배터리 양극에 실리콘이 전혀 없다는 점이었다.
이 발견은 첨단 배터리 기술에 대한 업계의 광범위한 믿음과 모순된다. 실리콘은 오랫동안 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시키는 데 중요한 재료로 여겨져 왔다.

테슬라의 셀에 이 구성 요소가 없다는 것은 최첨단 배터리 혁신에 대한 회사의 명성을 고려할 때 특히 충격적이었다.

제조 기술도 연구자들을 놀라게 했다. 업계 전반에 걸쳐 일반적으로 사용되는 기존의 초음파 용접 방법 대신 두 제조업체 모두 특이한 레이저 용접 기술을 사용해 전극 시트를 조립했다.

비교 분석 결과 두 제조업체 간의 근본적으로 다른 접근 방식이 드러났다.

테슬라의 4680 셀은 높은 에너지 밀도를 우선시해 컴팩트한 형식으로 인상적인 전력 저장 기능을 달성한다.

반대로, BYD의 블레이드 배터리는 체적 효율성과 비용 효율적인 재료 활용에 중점을 두어 배터리 설계에 대한 보다 경제적인 접근 방식을 나타낸다.

테슬라 4680(NMC811)은 에너지 밀도 241.01Wh/kg, 체적 밀도 643.3Wh/l, kWh당 비용 36유로를 기록했다.

BYD 블레이드(LFP)는 에너지 밀도 160Wh/kg, 체적 밀도 355.26Wh/l, kWh당 비용 25유로를 기록했다.

BYD의 배터리는 단순화된 설계 접근 방식을 통해 뛰어난 열 관리 효율성을 보여준다.

배터리 생산의 재정적 측면은 두 제조업체 간에 현저한 차이를 보여준다. BYD는 테슬라보다 36%의 비용 이점을 달성한다.

테슬라의 높은 비용은 우수한 에너지 밀도를 제공하지만 더 비싼 원자재가 필요한 니켈-망간-코발트(NMC811) 화학 물질의 사용을 반영한다.

BYD의 인산철리튬(LFP) 화학은 비용 절감 외에도 여러 가지 이점을 제공한다. LFP 배터리는 니켈 기반 배터리에 비해 향상된 안전 특성과 향상된 열 안정성을 보여준다.

테슬라의 전략은 우수한 주행 거리 성능을 달성하기 위해 최대 에너지 밀도를 강조하는 반면, BYD는 비용 효율성과 제조 효율성을 우선시한다.

두 설계 모두에 실리콘이 없다는 것은 현재 배터리 기술이 에너지 밀도 향상을 위해 사용 가능한 모든 재료를 아직 완전히 활용하지 못할 수 있음을 시사한다.

실리콘 부재는 놀라운 발견이다. 업계는 실리콘을 에너지 밀도 향상의 핵심으로 여겼는데 양사 모두 사용하지 않았다.

전문가들은 "실리콘 양극이 차세대 배터리 기술로 주목받았는데 현재는 채택하지 않은 것"이라며 "비용이나 제조 난이도 때문으로 추정된다"고 분석했다.

레이저 용접 기술은 독자 개발의 증거다. 표준 초음파 용접 대신 양사 모두 레이저 용접을 사용했다.

전문가들은 "두 회사가 각자 독자적인 제조 공정을 개발했음을 보여준다"며 "비밀주의로 유명한 배터리 기술의 실체가 드러났다"고 평가했다.

테슬라의 고에너지 밀도 전략은 명확하다. 241Wh/kg으로 BYD보다 50% 이상 높아 장거리 주행이 가능하다.

업계는 "테슬라가 프리미엄 시장을 겨냥해 최대 주행거리를 추구하고 있다"며 "NMC811 화학으로 성능을 극대화했다"고 설명했다.

BYD의 비용 우선 전략도 합리적이다. kWh당 36% 저렴해 가격 경쟁력이 뛰어나다.

전문가들은 "BYD가 대중 시장 공략을 위해 비용 절감에 집중했다"며 "LFP 화학으로 안전성도 확보했다"고 평가했다.

열 관리 효율성은 BYD의 강점이다. 단순화된 설계로 극한 환경에서도 안정적이다.

업계는 "열 관리가 배터리 수명과 안전에 직결된다"며 "BYD의 우위가 장기 신뢰성으로 이어질 것"이라고 전망했다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com