1000km 주행? 현대차가 극도로 경계하는 중국 기술
부담되는 전기차 가격
전기차 가격은 동급 사이즈의 내연기관차보다 훨씬 비싸다. 니로 하이브리드와 니로 전기차를 놓고 비교해보면 트림마다 상이하지만 1300만원 이상 높은 가격으로 책정되어 있다. 심지어 니로 하이브리드 최하위 트림과 니로 전기차 최상위 트림 간 가격차는 2250만원에 달한다. 물론, 전기차 보조금이 적용되면 정부 보조금 700만원에 지자체 보조금 200만원 이상이 적용되면서 가격차가 크게 줄어든다. 하지만 그럼에도 불구하고 비싼건 매 한가지다.
전기차가 비싼 이유는 차 하부에 들어가는 배터리 팩 때문이다. 배터리 팩이란, 낱개로 구성된 배터리 셀이 모여있는 배터리 모듈을 여러개 묶어둔 일종의 배터리 케이스다. 여기에는 배터리 뿐만 아니라 안전회로 등이 함께 포함되어 있기 때문에 상당한 가격을 자랑한다. 신형 니로 전기차를 기준으로 배터리 팩의 가격은 약 2천만원이다. 여기에 하부 패널 어셈블리를 포함하면 대략 2300만원 정도한다. 이 차의 기본 가격이 4641만원인 점을 고려하면 배터리 관련 파츠 가격만 해도 전체 가격의 50% 가량을 차지하는 것이다.
비싼 배터리팩 가격은 전 세계 제조사들의 공통사항이다. 결국 전기차 가격을 보조금 없이도 내연기관차 수준으로 떨어트리려면 이 배터리 팩의 제조단가를 확 낮추는 수 밖에 없다. 현재까지 이 문제에 대한 해결책으로 배터리 구독 서비스, 리튬인산철 배터리 적용 두 가지 방법이 거론되고 있다. 배터리 구독 서비스는 중국에서 쉽게 찾아볼 수 있는 구매 형태인데, 소비자는 배터리팩이 빠진 전기차만 구매하게 된다. 대신 배터리팩은 구독서비스 형태로 월 마다 이용료를 내야 한다.
이 경우 초기 구매 비용은 일반 내연기관차 수준으로 확 떨어지는데, 중국을 기준으로 월 7~8만원 정도를 내면 된다. 국내 전기차 전문가들은 한국에 이런 서비스가 도입되면 물가를 고려해 월 30만원 수준의 구독료를 내게 될 것으로 예상했다. 전기차 치고 월 지출비용이 높기는 하지만 초기 구매 비용 부담이 크게 줄어들기 때문에 충분히 고려해 볼만한 대안이다.
한편 테슬라, 현대차그룹 등 주요 제조사들은 구독서비스 외에도 리튬인산철 배터리 탑재를 고려하고 있다. 기존 삼원계 리튬이온배터리를 대체할 만큼의 '경제적' 이점을 가지고 있기 때문이다.
리튬인산철 배터리를 쓰는 이유?
리튬인산철(FeLiO4P)배터리는 기존 전기차에 쓰이던 리튬이온 배터리와 비교했을 때 양극재 성분이다르다. 기존 배터리는 삼원계 원소의 앞글자와 구성비율을 고려해 NCM911 등으로 불렸다. NCM은 니켈-코발트-망간이며 911은 니켈 90%-코발트 10%-망간10% 함유를 의미한다. 한편 리튬인산철 배터리는 구성성분을 고려해 LFP라 부른다. 양극재로 인산철 성분을 집어넣는다.
그렇다면 이 배터리는 어떤 장점을 가지고 있을까? 우선 리튬인산철 성분의 구조가 매우 안정적이어서 화재 가능성이 리튬이온 배터리보다 낮다. 그리고 배터리 수명도 길다. 또한 값비싼 양극재 소재인 코발트 대신 인산철을 사용하기 때문에 제조 단가가 저렴하다. 업계에 따르면 리튬이온 배터리보다 리튬인산철 배터리의 가격이 30% 가량 저렴하다고 한다.
하지만 리튬인산철 배터리는 에너지 밀도가 기존 배터리보다 적다. 제조사마다 다르지만 평균적으로 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 리튬인산철 배터리보다 1.5배 가량 에너지 밀도가 높은 것으로 알려져있다. 이런 특징 때문에 중국에서는 저렴한 보급형 전기차에 주로 탑재해 내수 시장 확대를 진행해 왔다.
리튬인산철 단점은 기술로 해결
앞서 살펴본 바와 같이 리튬인산철 배터리만으로는 주행거리를 늘리기 어렵다. 물론, 많이 탑재하면 되지만 한정된 공간에 리튬이온 배터리 만큼의 성능을 내도록 하려면 일반적인 방법으로는 불가능하다. 그래서 등장한 기술이 CTP다 CTP란, Cell to Pack의 약자로 배터리 셀-배터리 모듈-배터리 팩으로 이어지는 단계에서 모듈 단계를 생략하는 기술이다.
보통 배터리 셀을 여러개 묶은 다음 외부 충격과 열로부터 보호하기 위해 프레임에 넣게되는데 이를 배터리 모듈이라 부른다. 여기에 각종 전기제어 및 보호 회로를 넣어서 마무리하면 배터리 팩이 된다. 이런 구성은 배터리 제어 및 안정성이 좋아진다는 장점이 있지만 그만큼 배터리 외 다른 장치들이 공간을 많이 차지한다는 단점이 있다.
CTP는 모듈 과정을 생략했기 때문에 배터리를 그만큼 많이 넣을 수 있고, 에너지 밀도가 그만큼 높아진다. 이 분야의 선두주자는 중국의 CATL로, 3세대 셀투백 배터리인 '기린 배터리'를 개발해 리튬이온 배터리 수준의 에너지 밀도를 달성했다. CATL에 따르면 CTP 방식을 이용하면 완충 시 1000km를 주행할 수 있는 전기차를 만들 수도 있다고 주장하고 있다.
상황이 이렇게 되자 국내 배터리 및 자동차 제조사들은 CTP 기술과 리튬인산철 배터리 개발 및 적용에 관심을 보이고 있는 상황이다. 구조적 변화로 리튬이온배터리 만큼의 성능을 기대할 수 있고, 안정성과 경제성 등을 모두 충족하기 때문이다. 다만 중국과 달리 다른 제조사들은 이제서야 도입하는 단계이기 때문에 리튬이온 배터리를 완전히 포기하지는 않을 것으로 보인다.
대신 프리미엄 모델은 리튬이온 배터리, 대중적인 모델은 리튬인산철 배터리 투트랙이 될 가능성이 높다.
에디터 한마디
전기차는 눈부신 기술발전 덕분에 순식간에 내연기관차 턱밑까지 쫓아올 수 있게 되었다. 하지만 가장 핵심이 되는 배터리 기술이 한계에 다다르면서 혁신적인 결과물을 통해 한 번더 도약이 필요한 상황에 이르렀다. 이 과정 중 리튬인산철 배터리가 현실적인 대안으로 등장하게 되었고, 색다른 방법으로 전기차의 한계를 극복하려는 시도가 이어지고 있다. 과연 전기차는 빠른 시일 내에 내연기관차를 뛰어넘을 수 있을까? 리튬인산철 배터리가 좀 더 보편화 될 수 있을까?
