‘주행 거리 불안’과 ‘긴 충전 시간’은 오랫동안 전기자동차 운전자를 오래 괴롭혀왔다. 때문에 짧은 시간 충전에 대한 요구가 드높아졌고, 다행히 희소식이 전해졌다.

배터리 솔루션 기업 배테로테크(BatteroTech)는 "10분 충전으로 400km 주행"이 가능한 초고속 충전 배터리 ‘머큐리(Mercury)’를 선보였다. 그야말로 커피 한잔 마시는 동안이면 먼 지방에도 갈 수 있는 배터리 충전이 가능해진 셈이다.

10분 충전에 400Km 주행하는 초고속 충전 기술

초고속 충전(슈퍼 차저) 배터리는 올해 배터리 제조업체의 주요 격전장이 될 것이다. 배테로테크는 2022년 새로운 소재 시스템을 기반으로 설계된 "트윈스타(Twin-star)" 배터리 포트폴리오를 출시했다. 안전성, 긴 주행 거리, 효율적인 빠른 충전 및 뛰어난 전반적 성능을 보장하는 네 가지 솔루션이다.

트윈스타 고속 충전 최신 제품인 머큐리 초고속 배터리는 10분 이내에 4C 초고속 충전을 특징으로 하며, 이전 모델 대비 15분 3C 빠른 충전 성능보다 더 효율적이다. 차량은 10분 충전으로 400km 주행할 수 있어 가스 충전만큼 빠르게 충전되며, 긴 주행 거리와 높은 안전성을 제공한다.

일반 배터리 셀이 빠른 충전을 할 때 리튬 이온이 음극 표면에 빠르게 삽입되지 않고 침전된다. 침전된 리튬 이온의 대부분은 소모되어 배터리 용량을 줄이고, 수명 주기를 단축시키며, 안전 위험을 초래한다. 저온 환경에서는 이러한 배터리 셀의 리튬 이온 전도 능력이 저하되고, 빠른 충전 효율도 감소한다.

기술적 어려움을 해결하여 전기차를 빠르게 충전하기 위해 배테로테크는 고속 리튬 이온 전송, 번개 속도 경로 및 암석 구조라는 기술 구조를 연구 및 개발하여 여러 소재 연결해 이러한 결과를 도출했다.

낮은 온도에서도 전방위 고속 충전

음극 구조와 관련하여 머큐리는 다결정 구조와 고속 이온 전도체로 코팅된 흑연은 리튬 이온을 음극에 부드럽고 신속하게 삽입할 수 있는 경로를 추가했다. 이소머 극판(isomeric pole)과 다수의 침수된 배터리를 사용하여 음극의 다양한 영역에서 리튬 이온 농도 수준에 따라 대응하는 음극 극판 구조를 설계했다. 이는 더 많은 전해질과 리튬 이온을 유지하고 리튬 이온의 빠른 이동을 위한 더 나은 경로를 마련하는 데 도움이 된다.

양극 구조의 경우, 배테로테크가 사용하는 코어-쉘 입자와 등급 입자는 나노 입자 수준에서 날씬한 디자인을 제공하고, 양극에서 리튬 이온 탈착의 문턱을 낮췄다. 특히, 저온 환경에서 양극에서 리튬 이온 탈착의 에너지 장벽을 낮추어 리튬 이온의 탈착 능력을 간접적으로 높였다.

전해질과 관련하여, 고처리량 필름 형성과 전 구역 저점도는 전해질 내에서 양극에서 음극으로 리튬 이온의 이동 저항을 크게 줄이고, 저온 환경에서도 자유로운 전기 이동을 가능하게 했다. 결과적으로 머큐리 배터리 셀은 모든 사용 온도 범위에서 슈퍼 충전이 가능하다.

또한, 빠른 충전 시 배터리 셀이 발생하는 대량의 열을 관리하기 위해 머큐리 번개 속도 경로(Mercury Lightning-speed Pathway)는 교차 연결 그리드, 양극 탄소 코팅 나노 기술, 저항 코팅 및 양방향 전도성 포일을 음극에 적용했다. 시뮬레이션을 통해 구조 부품 및 전류 수집기의 최적 경로를 설계하여 부품의 20%를 간소화하고 물리적 전송 경로의 수를 줄여 임피던스를 최소화하고 열 발생을 줄여 배터리 셀의 안전성과 신뢰성을 높였다.

록 구조는 머큐리 배터리 셀의 안전성을 높이기 위해 고안전성 코팅 분리기, 고저항 절연층 및 고임피던스 보호 필름을 통합 방식으로 사용했다. 이는 공정 중에 발생하는 돌출물을 방지하고 분리기를 관통하는 돌출물로 인한 내부 단절을 방지하여 배터리를 전반적으로 더 안전하고 신뢰할 수 있게 만든다.

배테로테크는 슈퍼 충전 배터리 하단 및 배터리 측면에 냉각 시스템 제품을 도입하여 제품 성능과 제조 비용의 균형을 맞췄다. 시스템 측면에서 이러한 슈퍼 충전 열 관리 기술은 비용 효율성이 높다. 머큐리 초고속 충전 기술은 충전 중 최고 셀 온도를 일반 온도에서 45℃ 이내로 유지하여 배터리 수명을 보호한다. 그 효율성은 대형 표면 셀 냉각 기술에 필적한다. 추가적으로, 배터리 시스템의 부피 통합 효율이 5% 증가했고, 열 관리 및 시스템 부품의 비용이 5% 감소하여 기계적 강도와 신뢰성이 더 높아졌다.

머큐리는 차량을 10분 이내에 80% SOC로 충전하고, -20℃ 저온 환경에서 30분 충전으로 20-80% SOC를 유지한다. 운전자는 저온 및 극한의 환경에서도 전기차를 안심하고 운전할 수 있다.

운전자는 리튬 인산 철 배터리의 긴 충전 시간 문제를 해결하고 우수한 안전성, 저비용 및 긴 수명 주기의 장점을 얻으면서 차량 충전에 더 짧은 시간을 기다릴 수 있다.

배터리 제조업체는 프리미엄 및 안정적인 리튬 자원 공급으로 더 신중하게 성장할 수 있다. 배테로테크는 칭샨 인터스트리(Tsingshan Industry)의 자회사로서 충분한 자재의 공급 및 비용 경쟁력을 갖췄다.

수요와 생산 능력의 시너지 효과에 힘입어 배테로테크는 2024년에 3단계 45GWh 생산 라인을 완료하고 총 79GWh 생산 능력을 제공할 것으로 예상된다. 머큐리 4C 빠른 충전 배터리는 2024년 말 실제 생산 능력 공개 속도에 맞춰 대량 생산에 들어갈 계획이다.