안녕하세요 엔지니어 tv 입니다
이번 영상은
빌게이츠와 폭스바겐이 선택한
quantumscape 가
스팩을 통해서
나스닥에 상장이 된다고 합니다
이 사건을 계기로
전고체 배터리 산업
시작을 알리는 것인지
점검해 보도록 하겠습니다
배터리 기술 로드맵 입니다
지금 현재 예상으로는
2025년
전고체배터리 가 상용화될 것이라는
예측이 일반적이였습니다
그런데 퀀텀스케이프 상장으로
그 시기가
좀 더 당겨 질 것으로
시장은 원하는 것 같습니다
그것을 원하는 주체가
빌게이츠와 폭스바겐 이라는 것이
중요한 시사점 이겠습니다
기사 내용을 보면
폭스바겐 빌 게이츠가 지원하는
퀀텀스케이프 가
33억달러 기업 가치로
상장될 예정이다
폭스바겐과 조인트 벤처를 설립
해서
전고체 배터리 셀을 생산할 예정이다
퀀텀스케이프 계획을 보면
3.3 빌리언 달러
4 조원 정도를
2023년까지
1 gwh 용량 라인 설치를 하고
2025년까지
20 gwh 로 늘리겠다는 계획입니다
20기가 용량이면
현재 2020년 시점에서 보면
배터리 선두 3개사 평균 용량과
맞먹는 배터리 생산량 입니다
bill gates linkedin 에 보면
일주일 전에
퀀텀스케이프 에 대한 언급을 하였습니다
더 좋고 싼 배터리가
향후 전기차 시장에 나올 것이라는
언급을 직접적으로 하였습니다
여기 퀀텀스케이프 ceo
보면
댓글 1193개
이렇듯
빌 게이츠가 밀고 있다는 것은
정확한 사실이고
폭스바겐 경우에는
2018년에
100만 달러를 직접 투자한 상황입니다
그래서 퀀텀스케이프가 개발하는
전고체 배터리를
폭스바겐 전기차에 적용한다는
컨셉은
벌써 정해져 있던 상황입니다
최근 전고체 배터리 투자 현황 들은
대부분 2018년도에 이루어진 것입니다
폭스바겐도 2018년에 투자를 했다
여기 퀀텀스케이프 폭스바겐
그리고 우리가 국내에서
전고체 배터리는
삼성의 이름이 유명합니다
그리고 다양한 기업들이
현재 얼라이언스를 맺고 있는 상황
입니다
이 그림도 여러 번 보여드렸지만
big company 자동차 기업들
그리고 스타트업 연구소가 결합
되어서
2018년도에 그림이 가시화 되었고
현재 2년 정도 지난
지금 시점에서
퀀텀스케이프 가 먼저
전고체 기업을 상장 하는데
사실 보면
이전에 삼성전자의 전고체 컨셉
이
국내에서도 많이 알려졌지만
글로벌 적으로도
상당한 임팩트가 있는 사건이 였
습니다
그래서 기술적인 관점
연구자 입장에서 봤을 때는
실현 가능성이
5년 이상
10년이 될 수도 모르는
그런 상황인데
돈 과 시간이 적극적으로 투입되고
있다고
그렇게 인식을 해야 될 시점이
점점 다가오고 있다는 것입니다
이 그림도 자주 나오듯이
전고체배터리 로 가야지
결국 에너지 밀도가
두배 세배 씩 늘어날 수 있다는
겁니다
지금 현재 양극재 기술
음극재 기술로는
10% ~ 20% 밖에
에너지 밀도를 올릴 수 없는 것
그리고 전고체의 핵심적인 문제는
안전한 배터리라는 것입니다
이 부분도 최근
catl 화재
현대 lg화학 코나ev 화재 등
전기차 화재가 점점 부각되고 있습니다
그래서 전고체배터리 가
더욱 힘을 받을 수 있는 상황이
전개되고 있는 것입니다
전고체 배터리는
최근에 나온 것이 아니고
이 연구의 히스토리는
1957년부터 시작되었다고 합니다
여기에 나오는 다양한 숫자들
화학 관련 단어들은
저도 정확하게 모르는 내용들입니다
거의 50년 정도 연구가 되었고
최근에 여기 그림과 같이
기술들이 가시화되고 있다는 겁니다
그림들이 나와 있는 것들은
어느 정도 연구실에서
충방전이 가능한 샘플이 만들어진
상황으로
이해하시면 되겠습니다
여기에도 보면
리튬메탈 부분
그리고 llzo
고체 전해질을 어떻게 배터리에서
구현할 것이냐
컨셉을 알려줍니다
결국 여기
500 wh/kg 를 달성하겠다
지금 리튬이온 배터리는
200을 넘어서는 수준입니다
그것을 배 이상 달성할 수 있는
기술이
전고체 기술 이라는 것입니다
그리고 그 기술 자체가
현재 가시화되기 시작하는 시점
이다
이해하면 될 것 같습니다
그러면 퀀텀스케이프
전고체 기술에 대해서 알아보겠습니다
사실 제가 전고체 개발자들도 만나
봤고
해외 전고체 커뮤니티도 많이 조회
를 해 봤는데
자기가 개발한 것은 된다고 하고
남이 개발한 것은 안 된다
하는 의견이 많습니다
이해는 되지만
전고체 기술은
아직 서로 기술적으로
많은 비교를 할 수 있는
상황이 아니다 보니
상대방의 기술에 대해서
충분한 이해를 할 수 있는 사례
라든지
시간이 부족한 것은 사실입니다
여기 퀀텀스케이프 홈페이지를
보면
자동차가 중심에 있죠
폭스바겐 관계에서
자동차에 전고체를 넣게다는 겁니다
그리고 풍력에 의한 친환경 부분
중앙에
메가시티 가 나와 있는 걸 보면
도심에서 필요한 것이
전기차 라는 뜻이 들어 있는 것
같습니다
전면에 나와있듯이
퀀텀스케이프 에서 추구하는 기술
은
리튬메탈 기술인 것으로 보입니다
today 지금 리튬이온 배터리 대비
두 배 정도
에너지 밀도 증가가 가능하다 는
목표를 가지고 있습니다
여기에서 퀀텀스케이프 와 최근에
비슷한 상황으로
주목 받고 있는 기업을 먼저 알아
보겠습니다
대만 기업인 prologium 테크놀로지
입니다
거의 현재 양산형 상용화에 임박
했다는 뉴스가
최근에 많이 나왔던 기업입니다
배터리 형상이 이렇고
전면에 내세우는 컨셉이
리튬 세라믹 배터리입니다
형태를 세 가지로 분류했는데
우리가 일반적으로 알고 있는 파우치
방식
그리고 f p c 타입
바이폴라 타입
이런 컨셉을 가지고 있습니다
fpc 는 다이나믹 밴딩
플렉서블 한 뜻이죠
그리고 바이폴라 라는 개념은
배터리를 연결해서
직렬로 연결해서
간단하게 전압을 키울 수 있는 기술
입니다
여기에도 전고체의 가장 특징적인
부분이
안전성
화재가 나지 않는다
leakage
전해액이 고체로 변하기 때문에
내부에 액체가 없으니
외부로 전해액이 빠져나오지 않
죠
이렇게 찢어져도 동작이 되고
외부 충격
그리고 잘라져도 동작이 된다
날카로운 것으로 관통이 되어도
동작이 될 수 있다는
전고체 배터리 의 안전한 특성을
보여줍니다
사실 전고체배터리 첫 번째 목적은
이렇게 안전한 특성이 우선이고
그 다음이 에너지 밀도 입니다
프로로지움
2006년 설립이 되었습니다
현재 실제 양산 라인이 있고
용량은 40m
2021년까지
1 ~ 2 gwh 용량으로
늘리겠다는 계획을 가지고 있습니다
공장 위치는 대만
flcb 타입은 플렉서블한 타입
스마트폰 폴더블 기술 하고도 연관
이 있습니다
지금 현재 폴더블폰 이 약간 두껍
고
여기에 플렉서블한 기능이 들어가면
더 업그레이드가 되겠죠
이것이 전고체 기술 하고도 관계가
있습니다
그리고 일반 파우치 타입에서
여기 bipolar 로 넘어가면
전압이 8.4v ~ 49 v 까지 올릴 수 있죠
이 배터리를 다시 모아서
자동차용 팩으로 만들겠다
여하튼 배터리 기업에서
가장 큰 시장이 전기차 부분입니다
세라믹 배터리 라는 의미는
결국 전해질
분리막이 세라믹으로 되어 있다는
것입니다
전고체 가장 핵심적인 기술이
전해질을 고체로 바꾸는 거죠
여기도 네가지 기술의 예를 들었
고
장단점을 설명하고
프로로지움 은
옥사이드 재료를 선택했다는 것입니다
그리고 도요타
다이슨 애플
bosch
세 가지로 양분 되어서
연구가 되고 있다는 것을 보여주고
있습니다
여기 높은 절연성을 나타나기 위해서
ceramion 기술이 들어가고
전극 기술로는
마이크로셀 기술이
들어갔다 고 되어 있습니다
그리고 전해질 의 트렌드를 보여
주는데
2018년 전 과
후로 나뉜다고 합니다
그래서 프로로지움 의 주장으로
는
oxide 방식이 급격하게 선택되고
있다
유리하다 라고 판단하고
프로로지움 은 옥사이드 방식을
사용한다
여기에 보면
컨텀스케이프 내용도 나옵니다
2018년 전에 퀀텀스케이프는
solid polymer 방식을 사용했는데
2018년 이후에는
옥사이드 방식으로 넘어와 있죠
sony murata
tdk 는 catl 과 연관이 있습니다
그리고 toyota
여기 보면
dry film sintering 프로세스
부분이 나오는데
이것은 테슬라 전고체
드라이 건조 전극 제조 방식
하고 연관이 있는 내용입니다
prologium 이 보는 경쟁구도에서
삼성 sdi
도요타
catl
퀀텀스케이프
솔리드파워
초록색 부분이
세라믹 을 이용한 설파이드 방식
이고
파란색 부분이 옥사이드 방식
현재
전고체 방식의 유형들이
점점 통일화 되고
향후 더 축소가 되면서
기업별로 승패가 결정될 것으로
보입니다
퀀컴스케이프도 마찬가지지만
플로로지움도 2021년 양산은 하겠다
2025년 보다는
2 ~ 3년 정도 앞당기는 목표를 가지고
현재 사업을 추진하고 있는 것입니다
사실 그렇게 해야지
투자도 유치할 수 있는 상황이기
때문에
어쩔 수 없는 선택일 것입니다
여기
에너지밀도 예측을 보면
지금 현재 나오는 것이 ncm811 과
실리콘 복합물을
여기에서는 14% 함유한다
봤습니다
그래서 그 에너지 밀도가
무게는 290
부피는 750이 현재 한계에 왔죠
여기에서 전고체로 넘어갈 때
리튬메탈 이나
순수 실리콘을 사용한다든지
다음 양극재 는
high nca ncm 을 사용한다
양극재 부분은 현재
니켈 90% 정도 수준에서 일단 유지
하고
음극 부분으로
에너지 밀도를 높이는 거죠
이후에 양극 까지
리튬황으로 넘어가면
에너지 밀도가 더 상승할 것입니다
이것은 뒷 부분에 문제고
일단 전해질을
고체로 만드는 것이 우선입니다
사실 전고체 타겟은 vehicle 부분
이지만
모바일 부분에서 먼저
시작 될 가능성이 높습니다
배터리를 전기차에 적용할 때
가장 문제가 되는 것이
10년 이상 되어야 되는
수명 품질의 차이가 있습니다
그래서 먼저
2년 정도 수명이 필요한
모바일에서 먼저 적용될 것입니다
그리고 전고체의 핵심은
사람 몸에 부착할 수 있는
웨어러블 디바이스 가 된다는 것도
중요한 관점입니다
i o t
포터블
스쿠터에 적용되는 것도 영향이
있겠습니다
그리고 전기 비행기도 영향이 높은
부분입니다
다음은
quantumscape 를 분석해 보겠습니다
quantumscape 핵심 키워드는
리튬메탈 입니다
제가 리튬메탈 관련 영상을 만들었
죠
리튬메탈 기술은
그 영상을 참고하시고
앞부분 플로로지움은
세라믹 분리막을 내세웠고
quantumscape 는 리튬메탈 기술을
내세운 기업입니다
여기 경영진들 구성을 보면
이 인물들을 제가 정확하게는 모르지만
여기 나온 거 보면
ceo
ciena 출신입니다
ciena 는 통신 관련 회사
많이 알려져 있는 기업입니다
그리고 기술 부분을 보면
stanford 연구진들이
들어 있음을 알 수 있습니다
경영진 구성을 보면
폭스바겐 테슬라가 눈에 띕니다
그리고 컨티넨탈
중국 상하이 자동차
그리고 빌 게이츠
차세대 배터리는 리튬메탈 이다
기존 리튬이온 에서
리튬메탈 로 가면
energy density 가 높아질 것이다
1990년부터 리튬이온 배터리
에너지 밀도가 높아지면서
최근 한계에 왔다고 되어 있죠
이 부분은
제가 리튬메탈 부분에서도 설명
드렸습니다
양극재 부분은 한계가 왔고
한계에 왔다기 보다
양극재가 추가 개선되기 보다는
음극재 개선이 현재 더 유리한 상황
입니다
에너지밀도 500와트 까지 가기 위해서는
gap 이 존재한다
이것이 기존 리튬이온 배터리 극
판 구조
위 음극 양극 분리막
이렇게 구성되어 있는데
이것이 퀀텀스케이프의 해법이다
음극 부분이 리튬메탈로 바뀌면서
이렇게 얇아지는 거죠
퀀텀스케이프는 동박은 그대로
쓰는 상황입니다
동박 투자자들이
이 부분에 대해서 상당히 민감한
데
전고체로 가더라도
초기에는 동박이 유지가 된다
그냥 이해하시는 게 좋을 것 같습니다
동박이 없어질 때까지는
좀 더 시간이 필요하다
보면
음극 부분도
기존 그라파이트 부분에서
최근에 실리콘이 들어가면서
조금 더 늘었고
100% 씩 성장하기 위해서는
리튬메탈이 적용되어야 된다
그리고 기존 리튬이온 대비
17% 코스트 절감이 가능하다
주장입니다
이것은
대량 양산을 해 봐야 아는 것이
고
일단 플렉서블 한 것
프롤로지움에서도 보여드렸죠
싱글 레이어 로 만들기 때문에
휘어도 고체로 되어 있어서
양극과 음극
쇼트나는 현상이 거의 없죠
그래서 이렇게
플렉서블하게 얇게 만드는 것이
전고체 배터리 시장에서 처음 단계
입니다
그래서 single layer 파우치로 만들었
죠
이렇게 이제 시작을 하는 거고
이렇게 만든 샘플로
폭스바겐이 전고체를 이용한
전기자동차를 현재 테스트 중이다
폭스바겐에서 기사화 했다고 합니다
전기차 자동차 회사에서
전고체를 하는 이유는
토요타 사례도 있고
삼성전자 사례
자동차 업체에서도
배터리 패권을 가지기 위해서는
전고체 시장에서 승부를 봐야 된다
그런 생각들이 있죠
컴텀스케이프 는
기존 nca 하이니켈 에서
퀀텀 점프 할 수 있는 기술이다
라는 의미입니다
그래서 여기 이 부분이
생산 라인을 보여 주는 거고
그냥 간단히 봐도
코팅 공정
소성 히팅을 해서
코팅하는 공정으로 보입니다
옆에 보면
실제 그것을 생산 하기 위해서
필요한 머티리얼 소재들이
supply chain 이 완성돼야 되죠
이 부분도 쉽지 않은 부분입니다
그리고 리튬메탈을 공급할 수 있는
기업들도 나와야 될 상황입니다
회사 타임라인을 보면
2010년도에 설립 해서
2015년 싱글 레이어를 만들었죠
그리고
전고체 분리막 제조 기술을 개발
했습니다
2020년
폭스바겐과 전기차 개발 협의를
하게 된 거죠
핵심 개발 키워드는
세퍼레이터 제조 불량을 줄여야
된다
수율을 높이는 거죠
그리고 싱글 레이어에서
멀티 레이어로 바꿔야 된다
프로로지움 보면
바이폴라 기술 부분이 나오는데
그런 부분처럼
여러 장을 연결하는 기술이 필요한
상황입니다
그렇게 되면
고용량의 배터리를 만들어서
결국 전기차에 넣을 수 있게 되는
거죠
그래서 향후 제조 생산량을
증가시키기 위한 계획
시간표입니다
처음 시작 되는 것이
1 g 팩토리
플래닝 되어서
컨스트럭션 건설이 시작됩니다
설비 인스톨이 2023년
그리고 여기 보면
sop = start of production
2024년 부터 양산이 되는 계획입니다
그리고 20기가 라인을 추가 증설
20기가 라인이 진정한 생산 라인
인데
이것은 sop 가 2026년 입니다
이 계획으로 보면
삼성 sdi 계획과
도요타 계획인 2025년 즈음에
전고체를 적용하기 위한
글로벌한 계획들이
지금 이루어짐을 볼 수 있습니다
그래서 퀀텀스케이프는
대상기업을 catl tesla nio
같은 기업까지 키우겠다
이렇게 비교가 돼 있는데
그것은 봐야 될 상황이고
향후 2025년까지
기업이 살아남을 수 있을지
지켜봐야 될 상황일 것 같습니다
이것으로
퀀텀스케이프 ipo 기사가 나와서
전고체 배터리 관련 기업들
prologium 와 퀀텀스케이프 를 알아
봤습니다
잘 될 거냐 안 될 거냐
를 판단하는 것이 아니고
생각보다 전고체 산업이
조금 더 당겨 줘야 되는 상황이다
이 부분은 제가 저번에
전고체 배터리가 필요한 기업들에
대한
영상을 한번 만들었죠
그런 부분들 하고 매칭이 되는
생각보다 전고체가 빨리 올 수 있다
전고체가 필요한 기업들이 많다
이해하시면 될 것 같습니다
이것으로 마치겠습니다
대단히 감사합니다
