테슬라 머스크CEO, “2030년까지 배터리 연산 규모 3테라와트(TWh)까지 확대”
테슬라 머스크CEO, “2030년까지 배터리 연산 규모 3테라와트(TWh)까지 확대”
  • 박상우 기자
  • 승인 2020.09.23 14:50
  • 댓글 0
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1테라와트는 기가와트의 1천배 해당
테슬라의 엘론 머스크 CEO(우)가 배터리데이에서 새롭게 개발한 배터리를 소개하고 있다.

[M오토데일리 박상우 기자] 테슬라가 2030년까지 연간 배터리 생산 규모를 최대 3TWh(테라와트시)까지 확대한다. 1테라와트는 기가와트의 1천배에 해당된다.

22일(현지시각) 테슬라는 연례 주주총회 및 배터리데이를 개최하고 향후 배터리 관련 계획을 발표했다.

엘론 머스크 CEO는 “지속 가능한 에너지의 출현을 가속화하는 것이 지금 정말로 중요하다”며 “에너지 생성, 저장, EV는 지속 가능한 에너지로 전환하는데 중요한 요소”라고 밝혔다. 그러면서 “이를 달성하기 위한 열쇠”라며 공개한 것이 바로 배터리 생산 규모를 테라급으로 확대하기 위한 청사진이다.

머스크는 “지속 가능한 에너지로 전환하려면 10~15년동안 10TWh의 배터리를 생산해야 한다”며 “그러나 현재 배터리로 이를 달성하기에는 비용이 너무 많이 들어 배터리 생산 규모가 연간 100GWh까지 확대될 미국 네바다 주에 있는 기가팩토리조차도 지속 가능한 에너지로의 전환에 있어서 의미 있는 영향을 주기에는 너무 작을 것이다”라고 설명했다.

이어 “이를 위해 배터리의 용량을 높이면서 가격을 낮춰야 하지만 이 작업이 정체되고 있다”면서 “고용량 저비용 배터리를 개발하고 생산하는 속도를 높이기 위해 다양한 신기술을 개발하고 있다”고 덧붙였다.

머스크는 이같이 밝힌 후 자체 개발한 신형 배터리를 공개했다.

테슬라가 선보인 신형 4680 배터리 셀은 생산비 절감은 물론 에너지 밀도, 전력, 거리 등을 높이는 것을 목표로 개발됐다. 특히 탭이 없는 새로운 배터리 설계가 도입돼 제조 효율을 높여 1kWh당 비용을 감소시킬 것으로 테슬라는 기대하고 있다.

테슬라 4680 배터리 셀.

이 배터리는 테슬라의 자체 배터리 개발·생산 프로젝트인 로드러너 프로젝트의 일환이다.

로드러너 프로젝트는 테슬라가 자체 배터리 셀을 개발·생산하기 위해 진행하고 있는 프로젝트로 배터리셀을 직접 개발·생산해 배터리 가격을 최대한 낮춰 전기차를 보조금 없이 내연기관차와 비슷한 가격대에서 판매한다는 전략이다.

이를 위해 테슬라는 지난해 배터리셀 기술을 가진 슈퍼커패시터 제조업체 맥스웰 테크놀로지와 캐나다 배터리 제조업체 하이바 시스템즈를 인수, 자체 배터리 개발에 착수했다. 최근에는 미국 프리몬트 공장 인근에 이 프로젝트를 수용하기 위해 생산 시설과 R&D 시설을 세웠다.

이 프로젝트를 통해 탄생한 이 배터리의 크기는 가로 46mm, 세로 80mm이다. 또 에너지 밀도는 현재 배터리보다 5배 높고 전력 생산량은 6배 많다. 이로 인해 주행거리는 최대 16% 늘릴 수 있다.

무엇보다 탭이 없는 전극이 적용됐기 때문에 비용이 절감되고 제조가 단순화된다. 이 때문에 배터리 가격을 1kWh당 14% 낮출 수 있다. 이러한 가격 인하는 궁극적으로 테슬라가 내연기관차와의 가격 평준화 목표를 향해 더 가까이 다가가는 데 도움이 된다.

테슬라는 로드러너 프로젝트 일환으로 세운 카토(Kato) 로드 시설에서 이 배터리를 시범 생산하고 있음을 시사했다. 카토 로드 시설은 테슬라가 자체 개발한 배터리셀을 시범생산하기 위해 프리몬트 공장 인근에 세운 시설이다.

엘론 머스크 CEO는 “프리몬트 공장 인근에 있는 10GWh 시범공장에서 생산량을 늘리기 시작했으며 10GWh 생산능력에 도달하는데 1년 정도 소요될 것으로 보고 있다”고 설명했다.

테슬라는 이 배터리와 함께 개발 중인 새로운 배터리 제조 공정을 공개했다.

네바다에 있는 테슬라의 배터리 생산 공장 기가팩토리1 전경.

테슬라는 생산 과정에서 발생한 비용을 절감하기 위해 지난해 인수한 미국 배터리 제조업체 맥스웰 테크놀로지의 건식 전극 공정을 도입, 시범생산 중이다.

배터리의 구성품을 준비하기 위해 에너지 저장 화학물질을 용매에 섞는다. 그 과정은 그 혼합물이 알루미늄이나 구리 시트에 코팅될 수 있는 팬케이크 혼합물 형태의 일관성을 갖도록 돕는다. 코팅이 완료되면 시트가 뜨거운 오븐을 통과해 용매를 건조시킨 후 전극을 배터리에 넣는다.

건식전극공정은 소위 바인더 화학물질을 첨가함으로써 용제의 사용을 완전히 없애는데 이 화학물질을 가열하면 분말 혼합물을 금속 시트에 단단히 고정시킬 수 있을 정도로 끈적끈적해진다.

이 때문에 건식전극공정은 제조 공정에 필요한 에너지의 양을 낮추고 필요한 장비와 공간을 줄일 수 있어 배터리 생산에 들어가는 비용을 절감할 수 있다.

머스크는 “이 공정은 믿을 수 없을 정도로 복잡하고 공장 용적률이 높은 습식 용매 프로세스를 제거한다”면서 “여기에 자사의 효율적인 프로세스가 적용되면 설비가 차지하는 공간과 셀당 에너지 비용을 10배 줄일 수 있다”고 설명했다.

즉 연간 100GWh의 배터리를 생산하는 데 필요한 공간보다 훨씬 작은 공간에서 최대 1TWh를 생산할 수 있다는 것이다.

여기에 양극의 실리콘 함유량을 높여 배터리의 에너지 밀도를 높이고 니켈 함유량이 높고 코발트가 전혀 없는 음극을 적용하면 배터리팩 비용을 1kWh당 32% 줄일 수 있다.

또 크기를 늘리지 않고도 많은 용량을 넣을 수 있도록 배터리 셀 내부 구조를 개선하고 자체 개발 중인 열처리나 코팅이 없는 합금을 적용하면 주행거리를 현재보다 54% 늘리면서도 배터리팩 비용을 1kWh당 56%, 투자비용을 1GWh당 69&까지 절감할 수 있다.

머스크는 “이를 통해 테슬라의 총 배터리 연산규모를 2022년 100GWh, 2030년 3TWh까지 확대해 장기적으로 연간 2천만대의 전기차를 생산할 계획”이라고 밝혔다.

테슬라가 배터리데이에서 공개한 향후 배터리 생산 개념도.

 


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