2차전지란 무엇일까? +관련주 / 전기차가 환경에 정말 좋을까? / 테슬라의 배터리는?

전력을 생산하기 위해서는 화학연료가 들어간다. 그렇다면 정말 전기차가 가솔린 자동차보다 환경친화적인 것일까? 그에 대한 효율성을 알아보고,  1, 2차 전지의 차이점, 관련 주식, 그리고 테슬라가 선택한 배터리는 무엇인지 살펴보자.

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전기차는 친환경적일까?

사람들은 말한다. "대부분의 전력을 석탄, 석유 같은 화학연료를 태워 만들기 때문에 전기차가 보급돼도 결국 에너지 문제 해결에는 도움이 되지 않을 것이다."

 

일론 머스크는 말한다. "화석연료를 태워 만들어낸 전기를 전기차에 충전할 경우, 송전 과정에서 손실이 발생하는 것을 감안해도 최소 2배 이상 효율을 높일 수 있다"

E.G.) 화석 발전소에서 화석연료를 태워 얻는 전기는 연료 대비 효율이 약 60%다. 그런데 화석연료인 가솔린을 자동차 연료로 사용할 때의 효율은 25~30%에 불과하다. 더구나 도심지를 달릴 때는 최대 출력의 10%이하의 힘밖에 필요치 않아 그 효율이 15% 정도까지 내려간다. 그렇다면 가솔린자동차는 연료의 약 80%를 열 손실로 외부에 버리는 셈이다.

전기자동차의 효율성

발전소에서 생산된 전기를 전기자동차에 충전하는 과정에서도 엄연히 손실은 발생한다. 그런데 그 손실 비율이 고작 5~10%에 불과하다. 전자 작용으로 움직이는 전기자동차의 모터는 정격부하(기기를 설계할 때 정한 저항값) 때의 효율이 약 95%에 달할 만큼 자체 효율이 매우 높다. 조금 더 세밀하게 살펴보면 인버터(직류 전력 -> 교류 전력 변환 장치)의 회로 손실 등이 발생하긴 하지만 이 손실도 미약한 수준에 불과하다. 

결론

전기자동차가 가솔린 자동차보다 전기 효율성이 좋아서 화석연료를 덜 쓰게 만드는 효과가 있을 것이라 예상되며

21세기에서는 '어떤 에너지를 사용하는가' + ' 얼마나 효율적으로 에너지를 사용하는가' 가 과제이다.

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1차전지란?

우리가 일상에서 쓰는 일회용 타입의 건전지

2차전지(축전지)란?

• 외부에서 전기 에너지를 공급받아 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해놓고 필요에 따라 재사용할 수 있게
  만든 전지이다. E.G) 전기자동차, 휴대폰, 노트북
• 경제적이고 환경친화적이다.
• 2차 전지는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질을 4대 핵심소재로 구성되어 있다.
  
  • 양극재: 양극의 재질 + 부분
    • 전지의 성능을 결정하는 중요한 요소로, 일반적으로 니켈, 망간, 코발트, 알루미늄 등을 혼합해 사용한다.
    • E.G.) 휘닉스소재, 에코프로, 앨엔에프, 이엔에프테크놀리지, 코스모화학, 코스모신소재
  • 음극재: 음극의 재질, - 부분
    • 흑연과 같은 탄소 물질을 사용. 충전 시 양극에서 나오는 이온을 받는 역학을 함.
    • E.G.) 대주전자재료, 일진머티리얼즈, 삼화콘덴서, 애경유화, 포스코켐텍
  • 분리막: 양극과 음극의 접촉을 막으며 이온의 이동통로를 형성함
    • E.G.) SK아이이테크놀리지, 톱텍
  • 전해질: 이온이 잘 전달되도록 돕는 매개체 역할을 함
    • E.G.) 솔브레인, 씨아이에스, 후성

2차 전지 종류

• 리튬이온 전지
  • 다른 2차전지에 비해 에너지 밀도가 높아 자기방전에 따른 용량 저하가 매우 적은 편으로 2차 전지 시장의 대부분을 차지하고 있다.
  • 비메모리효과 - 완전히 방전되기 전에 충전을 해야 하는 전기차에 적합하다.
  • 수명이 길다
  • 친환경적이다 
  • E.G.) LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션
• 니켈 - 카드뮴 전지 (메모리 효과가 발생)
• 니켈 - 금속 수소 전지 (메모리 효과가 발생)

#메모리 효과(Memory Effect)

전지 잔량을 모두 소모하지 않은 상태에서 충전할 경우 전지의 실제 용량이 줄어드는 효과이다.

테슬라가 선택한 배터리는?

테슬라의 첫 모델 로드스터에는 파나소닉의 원통형 배터리 '18650' 규격 전지가 들어갔다(모델3부터 LG에너지솔루션도  파나소닉과 같이 테슬라에 납품하고 있다) 배터리를 사용하면 열이 발생하는데 이때 온도를 관리하기 위해 원통형으로 만든 것이다. 일단 원통형 배터리 69를 병렬로 접속해 하나의 '브릭'(Brick)을 만들고 이 브릭을 직렬로 접속해 '시트'(Sheet)로 만든다. 이 시트 열한 장을 접속시켜 로드스터의 배터리팩을 구성한다. 이처럼 서로 연결해 제작한 6,831개의 리튬 이온 배터리팩 안에는 한두 개의 전지 셀이 문제를 일으켜도 전체에 영향을 미치지 않도록 제어 시스템이 내장돼 있다.

 

테슬라의 핵심 기술은 이렇게 저가의 배터리 셀을 대량으로 접적해 강력하고 안정된 하나의 대용량 배터리팩으로 완성시킨 데 있다. 물론 충돌사고 등이 발생했을 때 전기 루트를 자동으로 차단하는 시스템도 갖추고 있다. 엔진니어들은 액셀을 밞을 때 6,000개가 넘는 리튬이온 전지가 한꺼번에 반응해 주행감을 높이도록 하는 데 세심한 주의를 기울였다.

테슬라의 강점

리튬이온 전지의 문제는 과도한 충전이나 방전에 취약하다는 것인데, 이를 개선하기 위해 테슬라의 기술자들은 보호회로 등을 설계할 때 다양한 보완책을 마련한다. 또한 테슬라의 핵심 기술에 속하는 제조 공정의 특징은 내부 제작 비율이 높다는 점이다. 이는 곧 머스크의 신념이기도 하다. 가령 배터리 셀은 파나소닉 등의 외부 회사에서 조달하지만, 그것을 모듈화하고 냉각 시스템을 추가함으로써 강력하고 신뢰성 높은 배터리팩으로 완성하는 공정은 모두 테슬라에서 이뤄진다. 파워트레인이나 차체 역시 90%이상을 테슬라의 공장에서 제조한다. 

중요한 부분은 아웃소싱하지 말고 가급적 사내에서 직접 작업해야한다 

 

모든 공정을 기계화해야 한다고 생각하지 않는다.
그보다 더 중요한 것은 기계 작업과 사람이 하는 작업의 경계선을 어디에 긋느냐 하는 점이다

 

기계가 작업하는 영역이 너무 많으면 작업의 유연성이 떨어져 응용작업을 하기가 어렵다. 반면 수작업 비율이 자나치게 높으면 고르지 못한 결과물을 내기 십상이고 인건비 비중도 그만큼 커진다
by 일론 머스크

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