ONE은 현재 Aries 배터리 테스트를 진행하고 있지만 Gemini 시리즈는 진정한 잠재력을 보여주는 발전된 리튬인산철(LFP) 화학을 제시한다.

배터리 기업 ONE은 아이러니하게도 전기차(EV) 채택을 확대하려면 사실상 두 가지에 의존해야 한다고 믿는다. ONE 창립자 겸 CEO Mujeeb Ijaz는 이를 배터리팩 하나에 이중 배터리 화학을 적용한다는 의미라고 설명한다. 는 2022년 초 이중 화학 배터리팩에 관하여 Ijaz와 인터뷰를 나누었으며, ONE은 최근 향후 몇 년 내 EV 항속거리 약 966km를 달성하려는 계획에 관하여 더욱 자세한 내용을 공개했다.

ONE(Our Next Energy)은 두 가지 배터리 유형, 즉 Aries와 Gemini 시리즈를 개발하고 있는데, 두 가지 모두 리튬인산철(LFP) 화학으로 시작되었다. 항속거리 약 966km를 자랑하는 획기적인 이중 화학 Gemini 팩 생산은 2025년 또는 2026년까지도 시작되지 않을 것으로 보이지만, 현재 Aries II 팩은 테스트를 진행하고 있다 Aries II는 현재 클래스3~6 상용 트럭, 버스 및 공공 서비스, Aries Grid 에너지 저장 시스템에 이용 가능한 Aries I 배터리를 기초로 만들어진 구조적 셀투팩(cell-to-pack) 방식 단일 화학 배터리이다. ONE은 파트너 기업인 Bollinger Motors, Motiv, Shyft Group과 상용 트럭에 사용되는 Aries I 배터리를 개발하고 있다. ONE은 Aries II가 비용이 높은 니켈이나 코발트를 사용하지 않고도 항속거리를 최대 563km 제공할 수 있다고 주장한다.

Ijaz는 지구의 지각(crust)에는 철과 망간이 풍부해 니켈코발트망간(NCM) 배터리에 사용되는 원자재보다 훨씬 구하기 쉽고 안전하다고 말한다. 철과 망간이 니켈이나 코발트보다 풍부하다는 점은 향후 가격도 더욱 안정적이라는 의미이다. 실제로 Ijaz는 팬데믹 기간에 전동화의 미래를 구상하는 시간을 보내며 LFP 배터리를 성공적으로 만들 수 있다면 다양한 문제를 동시에 해결할 수 있을 것이라는 점을 깨달았다고 한다. 원자재의 안정적인 공급이 최우선순위이며, LFP 화학에는 내재적으로 열폭주 방지 속성이 있다는 점이 중요하다. 인산과 산소가 강하게 결합하여 화재가 시작되어도 산소가 방출되지 않기 때문이다.

Ijaz는 “LFP를 이용해 시중의 상위 니켈 코발트 배터리들과의 격차를 줄였다”고 말했다. 그러면서 “LFP 배터리는 연소되지 않으며, 철은 공급망에 풍부하게 존재하기 때문에 비용이 낮고, 니켈 코발트 배터리보다 수명이 약 두 배로 길어 내구성이 높다”고 설명했으며, “니켈 코발트에 필적하는 에너지 밀도를 제공하는 것이 업계가 나아갈 중요한 방향”이라고 덧붙였다.

이러한 장점에도 불구하고 자동차 업계는 대부분 LFP 배터리 이용을 선호하지 않았는데, 현재의 EV 팩보다 에너지 밀도가 낮아 항속거리가 짧기 때문이었다. 몇몇 중국 기업들은 예외였지만 LFP 배터리팩은 여전히 NCM 화학보다 일반적이지 않은 방식이다. 국제에너지기구(IEA)는 2022년 리튬 NCM 배터리의 글로벌 시장 점유율이 60%라는 조사 결과를 발표했으며, 반면 LFP 배터리의 점유율은 30% 미만이었다. 최근 중국 자동차 제조사들의 비중이 높아지면서 몇 년 사이 EV에 탑재된 LFP 배터리의 수가 증가하고 있다고 IEA는 밝혔으며, EV에 사용되는 LFP 배터리의 약 95%가 중국 생산 차량에서 사용되고 있었다. 2022년 LFP 배터리를 사용하는 EV 중 미국에서 생산된 차량의 비중은 약 3%에 불과했다. ONE은 Aries II LFP 배터리팩의 에너지 밀도는 263Wh/L 및 162Wh/kg로서 현재 경쟁을 주도하는 LFP 팩 대비 각각 34% 및 23% 개선되었으며 “전기 승용차에 사용되는 주요 기준 NCM 배터리팩과 비교 시 항속거리와 질량 격차를 6% 이내로 좁히기에 충분하다”고 설명했다. 

◆ Gemini는 아직 개발 단계

ONE이 곧 출시할 Gemini팩은 Aries와 같이 메인 배터리에 LFP 화학을 사용하지만 동일한 팩 내부에 더 작고 리튬이 풍부한·망간·니켈·산화물(lithium-rich manganese nickel oxide, LRMNO) 배터리를 포함하여 에너지 밀도가 높은 항속거리 연장 장치 역할을 한다. LRMNO 화학은 ONE이 배터리셀에서 코발트를 제거하고 니켈을 최소화하기 위해 진행한 작업에서 발전되었다. Ijaz는 시스템 내에서 리튬을 더 많이 얻기 위해 망간을 리튬 과잉(over-lithiated) 상태로 만들어 에너지 밀도와 수명을 늘릴 수 있었다고 말한다. ONE은 현재 음극재 없는 각형(prismatic) 배터리셀을 사용하는 Gemini 배터리팩의 체적 에너지 밀도(volumetric energy density)가 약 385Wh/L일 것이라고 예상한다. 2022년 6월 BMW는 ONE과 공동 개발 파트너 계약을 체결하여 순수 전기 BMW 《iX》에 Gemini 배터리를 테스트할 예정이며, Ijaz는 이를 “매우 중요한 프로그램”이라고 언급했다.

그는 “Gemini는 에너지 밀도가 가장 높을 뿐만 아니라 낮은 질량으로 더 많은 거리를 주행하므로 kWh당 비용이 가장 낮은 셀 조합이라”고 말했다.

Ijaz의 확신에도 불구하고 엔지니어들은 예기치 못한 문제를 겪을 수 있다. 2022년 초 와의 인터뷰에서 그는 Gemini가 최대 1,207km의 항속거리를 제공할 것이라고 말했다. 이러한 수준에 도달하려면 ONE은 에너지 밀도 450Wh/L 수준을 달성해야 한다. 2022년 9월 ONE은 1세대 Gemini 테스트 셀의 에너지 밀도가 1,007 Wh/L라고 발표했다.

ONE은 미국 미시간 주와 캘리포니아 주에서 정규직 350명을 고용하고 있으며, 캘리포니아 주 프리몬트의 직원들은 셀 연구과 소재 개발을 진행하고 있다. Ijaz는 ONE이 2026년까지 EBITDA(감가 상각 전 영업이익) 기준 흑자에 도달할 계획이라고 밝혔다. ONE은 2024년 미시간 주 밴 뷰런 타운십에 위치한 Aries II 배터리 생산 시설이 2024년 하반기에 생산을 시작하면 IRA(인플레이션 감축법)을 완전히 준수할 것이라고 예상한다. 해당 공장의 생산 능력은 최대 20GWh이며 Ijaz는 2023년말 10MWh 수준으로 가동될 것이라고 밝혔다.