에너지 스타트업 스파크즈·텍스파워, 고성능 코발트 프리 배터리 개발

제너럴 모터스, 테슬라, 닛산 등 자동차 회사들은 비용을 낮추기 위해 코발트 없는 리튬이온 배터리를 장착한 자동차를 만들기로 약속했다.

에너지 스타트업인 스파크즈(Sparkz)와 텍스파워(Texpower)는 고성능 코발트 프리 배터리의 생산을 확대할 준비를 하고 있다고 16일(현지시간) 외신이 보도했다.
그러나 니켈 가격이 빠르게 상승함에 따라, 추가적인 배터리 혁신의 필요성은 여전히 남아 있다.

GM과 혼다는 수백만 대의 전기차를 생산하기 위해 제휴를 확대했다. 리튬이온 배터리는 1980년대 연구실에서 시장에 처음 등장한 이후 코발트 양극에 의존해 왔다. 코발트는 엄청난 에너지 밀도를 제공하지만 이 금속은 비싼 단점을 지녔다.
최근 몇 년 동안, 코발트는 리튬이온 배터리를 만드는 데 드는 비용의 약 4분의 1을 차지했다. 전지 내의 다른 금속을 합친 비용보다 더 비쌌다.

바이든 정부는 미국 경제의 탄소 발자국을 줄이기 위한 더 광범위한 노력의 일환으로 2030년까지 전기 자동차가 자동차 시장의 50%를 차지하기를 원하고 있다.

교통수단의 혁명적인 변화는 적절하게 행해진다면 지구 온난화를 늦출 수 있다. 많은 대형 자동차 회사들이 이에 따라 계획을 세우고 있지만, 대부분의 업계 지도자들과 정책 입안자들은 전기차와 배터리 가격을 낮출 필요가 있을 것이라는 데 동의한다.

최근 몇 달 동안, 백악관과 에너지부의 연방 관리들은 더 많은 리튬이온 배터리와 전기차를 만드는 데 필요한 재료의 종류를 얻기 위해 국내 공급망을 강화하는 다양한 프로그램을 발표했다.

재활용은 미국의 희토류 원소 공급을 촉진하고 친환경적으로 발전시킬 수 있는 방법으로 간주된다. 전 세계 코발트 광산과 가공시설 대부분은 중국 기업이 운영하고 있다. 그리고 광산 운영은 아동 노동 침해와 다른 인권 유린 혐의로 고발된 콩고민주공화국에 위치해 있다.

산지브 말호트라 스파츠 창업자 겸 최고경영자(CEO)는 이메일에서 "코발트 제거는 배터리를 더 저렴하게 만들고 중요 광물을 보유한 중국을 압박하는 동시에 중대한 국가 안보와 공급망 문제를 해결한다"고 말했다.

환경단체들은 또한 콩고 코발트 광산이 토양, 공기, 수질에 미치는 영향에 대한 우려를 제기했다.

애초부터 과학자들과 리튬이온 배터리 제조업체들은 코발트가 문제라는 것을 알고 있었지만 최근 들어 중국과 미국의 무역 전쟁이 격화되고 공급망이 흔들리면서 더욱 절박해졌다.

바이든은 공급망 지원을 위해 미국 광물에 3500만 달러 투자를 발표했다. 지난달 코발트 가격은 톤당 7만9295달러로 2018년 6월 이후 최고치를 기록했다.

연구원들은 코발트를 니켈로 대체했다. 에너지 저장 전문가이자 텍사스 오스틴 대학의 교수인 아루무감 만티람(Arumugam Manthiram)은 "니켈이 높을수록 에너지 밀도가 더 좋아진다"고 말했다.

그러나 전지의 화학적 조성을 변경하는 것은 결코 쉬운 일이 아니며, 작은 변화라도 성능과 신뢰성의 변화로 이어질 수 있다.

만티람은 "너무 많은 니켈과 사이클 수명은 고통을 겪을 것"이라면서 "열적 안정성과 같은 다른 걱정거리도 초래할 수 있다"고 말했다.

오는 2022년 말까지 새로운 리튬이온 배터리 생산시설을 착공해 첫 고객에게 배터리를 납품할 것으로 기대하고 있는 스파크즈는 오크리지 국립연구소에서 이전한 6개 특허를 소유하고 있다.

그 특허들 중 하나는 니켈, 철, 알루미늄의 특별한 혼합물을 특징으로 하는 코발트 프리 양극 재료의 개발이다.

특허받은 물질은 현재 시판되고 있는 유일한 코발트 프리 배터리인 리튬 인산철 배터리로 달성되는 에너지 밀도를 두 배로 높일 수 있다.

만티람은 "인산철 리튬은 상용화되고 상대적으로 가격이 저렴하지만, 문제는 제한된 주행거리이기 때문에 만약 사람들이 비용을 걱정한다면 인산철 리튬을 사용할 수 있다"고 강조했다.

그러나 수십 년 전 이 기술을 처음 개발하도록 도운 만티람에 따르면 인산철 리튬은 성능이 최고조에 달했다고 한다.

니켈은 코발트보다 지질학적으로나 지리적으로 더 널리 분포되어 있다. 캐나다, 그린란드, 심지어 미국에도 건강한 퇴적물이 있다. 그러나 작지만 상당한 양의 니켈이 시베리아에서 공급되고 있고, 러시아는 니켈 시장에 큰 영향력을 가지고 있다.

러시아의 우크라이나 침공으로 니켈 가격이 폭등했다. 지난달 런던금속거래소는 하루 만에 가격이 두 배로 오른 뒤 거래를 중단했다.

비록 대부분의 사람들이 니켈 가격이 앞으로 몇 주, 몇 달 안에 완화될 것으로 예상하지만, 니켈의 변동성은 여전히 우려 사항이다.

고니켈 전기자동차 배터리 수요 증가를 충족시키려는 노력이 진행 중인 가운데 니켈 광산과 처리시설을 온라인으로 더 많이 도입하는 데는 시간이 걸릴 것으로 보인다.

코발트 프리 배터리의 수요가 과열되더라도 스파크즈는 당분간 자동차 회사에 판매하지 않을 것으로 알려졌다.

스파크즈 창업자 말호트라는 "자동차 회사와의 승인 절차는 3년에서 5년이 걸릴 수 있다. 자동차 제조사들과 대화를 계속하면서, 농업용, 오프로드 차량, 자재 취급 및 고정 에너지 저장 등 세 가지 핵심 시장에 사용할 배터리 제조를 시작할 것"이라고 밝혔다.


김진영 글로벌이코노믹 기자