BMW는 결과를 높이 평가하며 “다음 단계를 함께 진행하기를 기대한다”고 밝혔다.

미국 미시간 주 소재 에너지 저장 기술 기업 Our Next Energy(ONE)은 이중 화학(dual-chemistry) 배터리 Gemini를 탑재한 BMW 《iX》 시험 차량이 단회 충전으로 항속거리 약 965km 이상을 달성했다고 발표했다.

BMW 그룹과의 파트너십으로 진행된 이번 시연 프로젝트는 2022년 중반에 발표되었으며, ONE 배터리를 이용해 BMW 《iX》 양산 모델보다 두 배 이상 긴 항속거리 약 965km를 달성하는 것을 목표로 진행되었다.

ONE에 따르면 이 프로젝트는 최종적으로 유럽 세계표준자동차시험방식(WLTP)에 근거한 시험에서 항속거리 978km를 달성했다.

또한 시스템, 즉 배터리팩 수준에서 Geminy 배터리의 정격 체적 에너지 밀도(volumetric energy density)는 450Wh/l, 일반적인 승용차 EV 배터리팩에 할당된 것과 동일한 공간 기준 에너지 함량은 185kWh라고 밝혔다.

ONE의 창립자 겸 CEO Mujeeb Ijaz는 “사람들이 EV만 소유해도 편안하게 느낄 정도로 충분한 항속거리를 제공할 때 대량 EV 채택을 달성할 수 있을 것”이라며, “Gemini 배터리는 EV의 항속거리를 두 배로 늘려 전동화의 가장 높은 장벽을 극복했다”고 말했다.

BMW 그룹의 신임 고전압 저장 기술 책임자 Jurgen Hildinger는 목표 항속거리를 초과 달성한 결과를 높이 평가하며 “ONE과 기쁘게 협업하고 있으며 다음 단계를 함께 진행하기를 기대한다”고 말했다. 이는 Gemini 배터리 상용화 가능성을 시사한 것이다.

ONE의 이중 화학 Gemini 배터리 아키텍처에는 두 가지 셀 유형이 포함된다.

첫째는 리튬인산철(LFP) 셀로서 에너지 밀도는 기본적인 수준이지만 모터를 가동하고 일상적인 주행의 99%에 해당하는 요구사항에 부합하는 높은 내구성을 제공하고, 항속거리는 약 241km이다.

나머지는 무음극재(anode-free) 셀로서 알려진 바에 따르면 리튬망간산화물(LiMnO) 양극과 리튬 금속 음극을 사용하여 정격 에너지 밀도 1,000Wh/l를 지원하며, 때에 따라 항속거리를 추가로 약 724km까지 제공한다.

ONE은 이중 화학 배터리를 실현하기 위해 먼저 두 가지 배터리 화학을 관리하는 독점 고효율 DC-DC 컨버터를 개발했다.

다음은 ONE Gemini 배터리의 사양이다.

아래 그림을 통해 배터리팩에 포함된 무음극재 배터리셀이 LFP 셀보다 두 배 이상 많다는 점을 알 수 있다. 무음극재 셀은 동일한 부피에 더 많은 에너지를 저장하기 때문에 항속거리의 약 3/4를 제공할 수 있다.

ONE은 Gemini 배터리가 차량 내에서 일반적으로 사용 가능한 에너지 저장 공간인 300~400리터에 부합하는 EV 배터리팩 중 항속거리가 가장 길다고 말한다. 

에너지 밀도가 높은 무음극재 배터리는 내구성(사이클 수명) 및 출력 밀도와 관련해서는 LFP 배터리셀의 수준에 근접할 수 없을 것이라고 가정한다. 이러한 이유로 고속도로 주행 시 무음극재 배터리셀은 서지(surge) 없이 상대적으로 지속적인 출력을 제공하는 LFP 배터리를 보조하는 역할만 담당한다.

아래 개념 이미지는 두 가지 배터리 유형의 부하를 완벽하게 설명한다.

ONE은 이중 화학 배터리는 에너지 함량이 동일한 기본 솔루션에 비해 귀중한 배터리 소재 이용을 줄일 수 있다고 말한다.

이 배터리팩을 사용하면 리튬 사용량을 20%, 흑연 60%, 니켈 75% 및 코발트의 경우 100%를 줄일 수 있다는 것이다.

BMW 차량에서 Gemini 배터리 시연에 성공한 후 다음 단계는 상용화를 준비하기 위해 시스템을 정제하는 작업이 될 것이다.

이 업무에는 “DC-DC 컨버터의 효율성을 개선하고 항속거리 연장 셀의 사용을 최적화하기 위해 향상된 제어 알고리즘을 개발하며, 추가로 배터리를 검증하고 셀을 발전시키는 과정”이 포함될 것이다.

BMW 그룹 소속 BMW i Ventures도 ONE의 투자자이므로 Gemini 기술이 실현 가능한 솔루션이라고 판단될 경우 BMW가 향후 자사 차량에 적용할 것이다.

또한 2022년 ONE의 첫 프로토타입 차량이었던 Tesla 《Model S》가 103.9kWh 배터리를 사용하여 항속거리 약 1,210km를 달성한 사실도 주목할만하다.

◆ LFP 배터리 공장

ONE은 이달 초 미시간 주 밴뷰런 타운십의 공장에서 자체 제작한 리튬인산철(LFP) 배터리셀의 시범 생산을 시작했다고 발표했으며, 이 공장은 향후 연간 배터리 생산 능력 20GWh를 달성할 것으로 예상된다.

이 공장에서 초기에 성능과 내구성을 검증하기 위해 생산되는 셀의 고객 인도는 2024년 상반기에 시작될 것이다.

총 투자금은 16억 달러로 추정되며, 미시간 주에서 보조금으로 2억 달러를 지원했다.