배터리 혁명이 세계 부의 판도를 바꿀 것이다.Part1
재테크 투자 섹터 배터리
배터리 주제로 광범위한 내용들을 나눠서 작성할 계획이다.
4차 산업의 핵심 소재배터리 혁명이 세계 부의 판도를 바꿀 것이다. Part 1
모든 사물과 제품들이 배터리를 사용하여 이동하고 움직이고 생활화되는 사물 배터리 시대가 도래하게 되었다. IT 산업을 기점으로 하여, ESS같은 에너지 저장 장치와 전기차까지 현재 세계의 성장성과 시장력을 빠르게 확장하고 넓혀가고 있으며 점령하고 있다. 또한 배터리 시장은 탄소 중립 사회로의 전환을 통해 더욱 빠르게 성장의 가도를 달려가고 있다.
먼저 배터리의 주류로 자리 잡아버린 리튬이온배터리는 4가지 소재로 만들어진다. 그것에 대한 구성은 양극재, 음극재 전해액, 분리막 4가지 요소로 구성되어 있고, 양극(+), 과 음극(-) 물질의 산화환원 반응을 통하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치로 보면 된다.
양극의 리튬 이온이 음극으로 이동을 하게 된다면 배터리가 충전되고, 반대로 음극의 리튬 이온이 양극으로 돌아가게 된다면 배터리가 방전된다.
특히 배터리에서 가장 핵심 소재 중에 가장 중요한 것은 양극재다. 양극재를 어떻게 단가를 저렴하고 효율성 있게 하느냐에 따라서 배터리 시장의 패권을 전부 가져올 수도 있고, 경쟁에 도태될 수도 있다.
음극재는 일반적으로 흑연을 많이 사용하고, 분리막이나 전해액 또한 흑연처럼 흔한 소재를 사용하게 되어 광물로 인한 문제가 크게 발생하지 않지만 양극재는 이들과는 아예 상황이 다르다. 왜냐하면 양극재는 리튬이온배터리 제조 원가의 40% 이상을 차지하고 있는 핵심 소재 중에 하나이며, 리튬을 공급원으로 사용하여 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하게 된다.
또한 가장 중요한 전지 내 전기에너지를 저장 및 방출을 가능하게 하는 핵심 원료이기 때문이다.
현재 배터리 시장은 양극재로 리튬 인산 철 소재를 사용하는 중국과 니켈 코발트 망간 알루미늄같은 소재로 3원계(니켈 60%, 코발트 20%, 망간 20%)를 사용하는 한국이 세계적으로 인정받고 있다.
가장 중요한 양극재로 쓰이는 중국과 한국의 소재의 특성들을 먼저 알아봐야 할 필요성이 있다. 먼저 니켈은 에너지 밀도를 결정하는 가장 중요한 핵심 소재이다. 다음으로 코발트와 망간은 배터리 과열과 화재로 인한 안정성을 높이고 알루미늄은 출력을 향상시킨다. 이 4개의 소재 중에서 어떻게 조합하느냐에 따라서 양극재의 효율성과 가격 경쟁력이 달라지게 된다.
왜냐하면 전기차는 어떤 배터리를 사용하느냐에 따라서 주행거리, 에너지밀도가 높아져서 가장 오랫동안 주행할 수 있고 배터리 출력이 높아지게 되면 짧은 시간 내에 강력한 힘을 발휘할 수 있어 빠르게 속도를 낼 수 있기 때문이다.
배터리의 출력이 좋다는 의미는 위에서 설명했다시피 배터리를 사용할 때 전류는 양극에서 음극으로 이동하면서 전기 에너지를 만들게 되는데 이때 전류를 흐르게 하는 힘이 ‘전압’이며, 전압은 전류의 흐름을 빠르게 하거나 느리게 하는 요소이다. 그렇기에 전압이 높으면 높을수록 전류의 크기 또한 강력하게 세지기 때문에 배터리의 출력이 높아지게 되는 것이다.
또한 배터리는 화재로 인한 안정성을 확보할 수 있어야 하며, 수명도 고려하여 배터리의 사용할 수 있는 유효기간에도 신경 써줘야만 한다. 그렇기에 배터리를 만들거나 사용할 때 어떤 소재를 사용하느냐에 따라서 전기차의 주행거리, 출력, 안전성, 수명들이 미묘한 차이로 달라지게 된다.
그다음은 중국인데, 대표적인 기업은 CATL이 있으며 인산철 배터리의 90% 이상은 중국에서 개발 및 생산을 차지하고 있다. 그리고 중국의 대표적인 전기차 기업인 BYD, NIO 등도 당연히 인산철 배터리를 사용하여 전기차를 생산 판매를 하고 있다.
중국은 한국의 3원계 소재인 코발트와 니켈은 사용하지 않고, 철을 사용한다. 인산철 배터리는 배터리의 에너지 밀도가 낮아서 배터리의 지속시간과 주행거리가 짧고 빨리 에너지가 떨어진다는 단점이 있다. 또한 인과 철이 가장 값싼 재료 중 하나라서 생산하는데 원가가 싸며 에너지 밀도도 낮아서 화재가 잘 발생하지 않는 장점이 있다. 그래서 요새는 중국도 에너지 밀도를 높여 주행거리를 높이기 위해서 많은 노력들을 하고 있다.
3원계 배터리 소재 중에 니켈은 주요 수출국이 러시아인데, 러시아는 우크라이나와의 전쟁으로 인하여 공급량에 문제가 발생지만 동남아시아에 니켈이 많이 매장이 되어 있어 시간이 지나면 해결할 수 있을 것으로 보인다.
하지만 가장 문제는 코발트다. 코발트는 니켈 코발트 망간ㅇ 중에 가장 비싸고 희귀하며 가장 많이 매장되어 있는 국가 중에 콩고가 있는데, 콩고는 내전으로 인하여 수요에 대한 수급이 힘든 상황이고, 중국의 일대일로의 정치적 상황으로 콩고 내의 정치적 입지를 발휘하고 있어 시간이 지날수록 문제로 발생할 가능성이 크다.
또한 코발트 매장량 60%는 콩고에 있으며, 대부분 생산되고 수출되고 있는 나라도 콩고다.
최근에는 중국이 콩고 내에 인프라를 투자를 하게 되면서 콩고의 코발트 광산들을 장악하고 있다. 중국은 코발트 광산을 장악하게 되면서 영향력을 크게 발휘하고 있고 중국 배터리의 소재로도 사용되고 있다.
글로벌하게 자원 경쟁이 심화되면서 나중에는 국가 간의 자원전쟁이 일어날 수 있으므로 유의할 필요성이 있다.
인산철 배터리와 삼원계 배터리에 가장 원초적으로 들어가는 소재인 리튬 확보도 시급한 상황이다. 점점 시간이 지나갈수록 리튬의 공급이 부족하는 쪽으로 나아가고 있기 때문이다.
과거부터 지금까지는 리튬의 주 재료들은 우리가 사용하고 있는 스마트폰이었다. 스마트폰에서 들어가는 1대의 리튬의 양은 5g 정도 리튬이 사용되어, 스마트폰을 많이 생산을 할지라도 현재 리튬 광산(연간 생산 리튬 양은 70만 톤)으로 생산에 차질이 발생하지 않았다. 10억대의 스마트폰을 만들어도 6000톤 밖에 안되기 때문에 70만 톤의 매장량을 생각하면 적은 수준이기 때문이다.
하지만 리튬 생산으로 인하여 현재 가장 큰 문제로 대두되고 있는 것은 전기차이다. 전기차는 스마트폰 시장과는 판이하게 가고 있기 때문이다.
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