4680 배터리 적용이 필수인 이유 (테슬라 모델 Y)

 

테슬라의 4680 배터리는 기존 2170 배터리에 비해 지름 46mm, 길이 80mm로 에너지 효율이 가장 최적화된 배터리입니다. 이를 전기차에 적용할 경우 에너지 효율이 5배, 출력이 6배 개선되며 주행거리가 16% 향상되고, 충전시간은 40% 단축되며, 가격은 8% 정도 감소됩니다. 테슬라의 모델 Y에 이 배터리가 적용되며, 건식전극코팅 가공법이 완성될 경우 대량생산을 통해 더욱 높은 효과를 얻을 수 있게 됩니다.  

 

1. 4680 배터리 특징과 효과

(특징) 배터리계의 게임체인저라고 불리우는 4680 배터리는 원통형 배터리로, 전고체 배터리가 탄생하기 이전의 가장 혁신적인 제품으로 알려져 있습니다. 이름의 뜻은 크기를 의미하는데 지름 46mm, 길이 80mm로 만들어져 있습니다. 이 배터리는 NCMA (니켈, 코벨트, 망간, 알루미늄) 양극제를 적용하며 니켈 함량을 90% 까지 높이고 알루미늄을 첨가한 것이 특징입니다. 

 

(효과) 이 배터리는 기존 배터리에 비해 에너지 효율이 5배, 출력이 6배 개선되며, 전기차에 장착할 경우 주행거리는 16%가 늘어납니다. 전기차에 활용되는 배터리는 1865 → 2170 → 4680으로 점점 그 크기가 커져 왔습니다.

 

과거에는 1,000개의 1865 배터리로 전기차 한 대를 만들었으며, 700개의 2170 배터리로 전기차 한 대를 만들 수 있었습니다. 4680을 활용하면 에너지 효율이 5배 크기 때문에 더욱 적은 수의 배터리로 전기차 한 대를 만들 수 있게 됩니다. 또한 효율이 좋기 때문에 충전시간도 획기적으로 단축됩니다.

 

 

아래 그래프에서 보여지는 것처럼 배터리의 지름 크기에 따라 에너지 효율이 일정구간 향상되는데, 지름 46mm를 넘어서는 구간부터는 에너지 효율 상승률이 감소하는 모습을 볼 수 있습니다. 테슬라는 배터리 크기에 따른 에너지 효율이 지름 46mm 일 때 가장 최적화된다고 판단하고 있습니다. 46mm 보다 더 커지면 무게로 인하여 주행거리가 오히려 더욱 짧아지는 것도 확인할 수 있습니다.

출처 : 테슬라

 

(가격경쟁력) 일반적으로 전기차 배터리 팩 가격이 1kwh 당 100달러 미만일 경우 내연기관 차량보다 전기차의 가격 경쟁력이 생기는 것으로 알려져 있습니다. 4680 배터리의 현재 비용은 kwh 당 105달러 수준입니다.

 

그러나 에너지 효율과 출력이 매우 뛰어나기 때문에 전기차에 적용 시 가격 경쟁력 측면에서 전기차가 내연기관 차량을 앞서도록 도움을 줄 수 있을 것으로 예측하고 있습니다. 전고체 배터리의 양산은 2028년 예정되어 있기 때문에 그전까지 4680 배터리를 적용 시 가격 경쟁력 측면에서 단기간 큰 효율을 달성할 수 있을 것으로 평가됩니다. 

 

 

 

2. 테슬라 모델 Y와 4680 배터리

전기차 회사이자 친환경 에너지 회사인 테슬라는 4680 배터리를 2020년 TESLA Bettery Day 에서 최초 공개하였습니다. 이후 2년 뒤인 2022년 텍사스 기가팩토리에서 모델 Y에 적용되는 배터리로 대량생산 되기 시작했습니다.

 

이 배터리를 이용할 경우 모델 Y의 가격이 저렴해 지는 효과가 발생합니다. 기가텍사스에서는 4680 배터리 868,000개를 한 주에 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 모델 Y에 4680 배터리 860개 정도가 장착되므로, 계산해 보면 기가텍사스에서 한 주당 모델 Y를 1,000대 이상 생산할 수 있게 됩니다.

 

테슬라의 기존 모델인 모델 3는 앞서 말씀드린 2170 배터리가 장착되어 있습니다. 모델 3과 모델 Y를 비교하자면, 배터리 충전량 10%에서 80%까지 충전하는 데 걸리는 시간이 모델 3은 25분이었다면 모델 Y는 15분에 불과합니다.

 

40%가량 충전시간이 단축되는 효과가 있습니다. 모델 Y를 10%에서 50%까지만 충전하는 데는 고작 7분밖에 걸리지 않습니다. 따라서 충전시간이 오래 걸린다는 전기차의 불편한 점을 획기적으로 개선할 수 있게 됩니다.

 

문제는 배터리를 완벽하게 가공하는 것에 생사가 걸려있다는 것입니다. 가공의 마무리 단계에는 전극 코딩 과정이 필요한데, 현재는 습식으로 진행되고 있습니다. 그러나 건식 전극 코팅으로 가공법을 개선한다면 고온에서 습식으로 가공시 증발하는 액체를 더 이상 손실시키지 않고 가공하는 것이 가능해지므로 더욱 효율적으로 대량 생산이 가능합니다.

 

전문가들은 테슬라가 2023년에는 건식 전극가공을 완성할 것으로 평가하고 있으며, 건식 전극가공이 성공하게 되면 미 정부의 보조금 7,500 달러를 받을 수도 있게 됩니다. 이를 통해 소비자에게는 약 8% 정도 저렴한 모델 Y를 안겨줄 수 있을 것입니다. 테슬라의 모델 Y를 비롯한 더욱 많은 차량들이 이 배터리를 적용하여 더욱 많은 효과를 거두고 시장에서 영향력을 유지할 수 있길 기대합니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

 

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