전기차 열폭주에 관한 기사가 많이 나오고 있어서 조금 생각을 정리해봤다.
- 전기차 시장을 키우기 위해 전세계 각국에서는 당근인 각종 지원금과 채찍인 규제를 통해 억지로 시장을 키웠음
- 대표적인 채찍으로는 CO2 배출 규제가 있음
- 유럽의 완성차 업체는 평균 CO2 배출량 75g/km 을 맞추기 위해 전기차 비중이 40%가 필요하며 초과 배출량 g당 95유로 벌금을 때려맞음
- 전기차 연비 규제를 맞추지 못하면 내연기관차도 팔 수 없는 상황인 것임
- 예로 유럽1위 VW의 대당 영업이익이 4천유로 수준인데 '25년 전기차 판매비중 20%를 가정하였을 때 대당 1,900유로로 영업이익의 절반 수준을 벌금으로 내야함
- 총 규모로 봤을 때는 57억 유로 벌금 부담이 예상된다고 하였을 때 엄청난 규모의 채찍인 것임
- 미국 역시 BiG3인 GM, Stellantis, Ford가 부담할 벌금이 대당 '23년 1,300~1,400달러, '24년 1,500~1,800달러로 '22년 대비 2배 가까이 증가하였음
- 이는 '22년 기준 미국 Big 3 대당 영업이익이 2천달러 수준인 것을 감안하였을 때 엄청난 수치임
- 하지만 모두가 알고 있는 것과 같이 전기차 시장에 캐즘이 왔음
- 캐즘이란 첨단 기술 제품이나 서비스가 초기 시장에서 주류 시장으로 넘어가는 과정에서 일시적으로 수요가 정체하거나 후퇴하는 현상을 말하는 것임
- 전기차의 높은 가격, 인프라의 부족, 얼리어댑터의 구매완료, 고물가 고금리에 따른 실물경기 위축, 그리고 안전이슈 등으로 인해 전기차 시장에 캐즘이 왔다고 판단하고 있는 것 같음
- 뭐 어쨌든 자동차의 전동화는 자율주행 등 새로운 패러다임으로 넘어가기 위해 필수적이라고 말하는 사람들도 있고 혹은 탄소배출량 감소를 위해 필수적이라고 말하는 사람들도 있음
- 여담으로 탄소배출량 감소를 위해 전기차를 쓴다? 적어도 우리나라에는 해당되지 않는 이야기임
- 화석연료를 사용하지 않고 재생에너지를 사용해서 전기차를 충전할 경우 CO2 배출량을 내연기관차 대비 20% 수준까지 줄일 수 있다고 함 (출처: ICCT)
- 하지만 차량 생산과정을 보면 전기차는 내연기관차 대비 오히려 약 1.2배 많은 CO2를 배출함 (출처: ICCT)
- 결국 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해서는 재생에너지를 끌어다 와야되는데 우리나라에 재생에너지가 어딨음?
- 해외에서 수소로 갖고 오든, 암모니아로 갖고 오든 결국 수소 캐리어를 이용해서 갖고 와야되는데 다 돈임
- 여튼 결국 우리나라 완성차 제조업체 입장은 새로운 패러다임과 규제로 인해 하는 것임
- 이런 상황이다보니 지구온난화, 이산화탄소배출량 관련 이슈는 선진국들이 재생에너지가 많으니까 새로운 먹거리로 장난질 하는거다 라는 얘기가 나오는 것임
- 걔네들은 그동안 버렸던 재생에너지 활용해서 새로운 가치 창출을 하는 것임
- 뭐 내막이야 어떻든 탄소배출량을 차량 판매 건수에 드라이브를 걸어버리니 완성차 제조업체 입장에서는 결국 전기차를 제조하고 팔아야함
- 근데 완성차 제조업체 입장에서는 어떻게든 전기차를 판매해야되는데 10번에 언급한 이슈들 중 소비자가 직접적으로 체감하는 부분 중에서 적극적으로 할 수 있는게 새로운 전기차 모델을 계속 출시를 해서 구매뽕을 넣어주는 수 밖에 없는 것임 (마진 얼마 되지도 않는데 가격을 깎을 수는 없으니까..)
- 어쨌든 이렇게 전기차를 적극적으로 많이 판매 하다 보니까 전기차 화재 사고가 늘어나면서 배터리 열폭주 문제도 전 세계적으로 이슈가 되고 있음
- 대표적으로 UN을 중심으로 전기차 안전 규제가 생겼음
- UN에서 ECE라고 유엔 유럽 경제 위원회 R100이라는 자동차 안전 규격을 만들었고 거기에 보면 전기차가 이벤트가 발생하면 알람이 떠야 되고 알람이 뜨고 5분까지는 승객이 있는 곳 까지는 불이 들어오면 안된다는 것이 채택이 되었음
- 이게 해도 되고 안해도 되는 시장이 아니고 무조건 해야 되니 완성차 제조업체나 배터리 제조업체에서 모두 이슈가 되는 것임
- 사실 전기차의 화재 건수는 내연기관차와 비슷한 수준이지만 모두가 알고 있는 것과 같이 한번 화재가 일어나면 진압이 어렵고 그 규모가 커서 문제가 되는 것임
- 전기차 배터리의 경우 과충전, 과열, 교통사고에 의한 물리적 충격 등으로 열폭주가 발생하면서 배터리가 자체 연소되고 독성 가스 방출, 그리고 연쇄 반응으로 인해 일반 화재 대비 진압이 어려운 특징이 있음
- 이러한 배터리 열폭주는 배터리 내부에서 발생한 과도한 열이 안전 한계를 초과해 화재나 폭발을 일으키는 현상임
- 크게 기계적 이상조건, 전기적 이상조건, 열적 이상조건, 내부단락에 의한 발생으로 구분할 수 있으며 내부단락에 의한 열폭주가 가장 일반적인 열폭주의 원인임
- 구체적으로 얘기를 하자면, 리튬이온전지는 음극과 양극 사이에 분리막이 존재하는데 분리막이 손상되면 음극과 양극이 서로 접촉하면서 저장된 전기화학적 에너지가 발열과 함께 자발적으로 방출되고 이것이 열폭주에 직접적 원인이 되는 것임
- 이러한 열폭주 전이 방지를 위해서는 최소한 내부단락을 방지할 수 있도록 특정 셀에서 열폭주가 발생해서 온도가 높아지면 인접한 셀들의 온도를 낮추거나 온도 전이를 늦춰야 할 필요가 있음
- 배터리 제조사에서 작업하는 것에는 파우치형 기준으로 TIM(Thermal Interface Materials), Top cover, End plate, Compression Pad 등이 있는데 각각은 순서대로 바닥, 뚜껑, 양 사이드 끝, 그리고 셀과 셀 사이에 들어가는 것으로 보면 됨
- 셀과 셀 사이에는 기존에는 -(셀)-(PU)-(MICA)-(Aerogel)-(MICA)-(PU)-(셀)- 기반의 멀티 레이어 열차단막으로 열을 차단하고 있었음
- 열차단성이 뛰어나지만 면압 성능이 떨어지는 에어로겔을 사용하기 위해 면압용으로 PU폼(foam)을 쓰고 PU폼-MICA 일체화를 위해 합치는 공정이 따로 필요했음
- 이러한 추가공정이 들어가게 되다보니 비용도 더 들어가게 되고 수율 이슈도 생김
- 어쨌든 PU는 뛰어난 면압성능과 저렴한 원가 경쟁력으로 기존 전기차 배터리 모듈의 핵심 부자재로 사용되었으나 열폭주 억제 성능이 부족하다는 한계가 있었음
- 그러다 보니 배터리/완성차 제조사 입장에서는 더욱 더 열차단율이 높은 제품/설계를 생각하게 되었음
- 이에 최근에는 전기차 배터리의 안전성 강화를 위해 실리콘 폼이 차세대 소재로 주목 받고 있음
- 실리콘 폼은 PU폼 대비 열폭주 억제 성능이 뛰어나고 불량 발생 빈도가 낮다는 특징이 있음
- 기존에 PU폼은 약 150도 정도만 버틸 수 있었던 것에 반해 실리콘폼은 600~800 도정도까지도 버틸 수가 있음
- 하지만 LFP 같은 경우는 불꽃 온도가 400도라서 버틸 수 있지만 NMC는 1100도이상 온도가 올라가기 때문에 이보다 높은 수준의 제품이 필요하게 됨
- 그래서 이를 위해 새로운 실리콘 폼들이 다양한 방면으로 연구가 되고 있음
- 국내 배터리사들이 글로벌 경쟁력을 갖고 있음에 따라 이러한 폼 제공 업체들도 3M, 헨켈 등 글로벌 기업 외에도 여러 국내 회사들이 글로벌 경쟁력을 갖추고 있음
- 배터리 제조사들은 열폭주 기준 테스트 기준을 까다롭게 하면서도 낮은 단가와 대응 능력이 좋은 국내업체들을 선정하고 있는 것임
- 그러다보니 기존 실리콘 폼 관련 업을 영위하던 다양한 업체들이 이쪽 시장에 뛰어들고 있지만 단가, 스팩, Capa. 등 모든 요소를 고려하였을 때 선정되는 곳은 극소수인 것 같음
- '25년부터 아마 본격적으로 실리콘 폼이 적용이 되어있을 것 같고 우리가 전기차를 탈 때 그래도 조금은 탈출할 시간이 주어지지 않을까 싶음
- 이 외에도 전기차 전용 소화기, 전기차 소화 로봇 등 다양한 제품들이 나오고 있으니 적어도 안전성 측면에 있어서는 지금과 같이 무방비한 상태보다는 괜찮아지지 않을까 싶음