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백주아

LFP 배터리, 성능도 '우위'…삼원계 밀려날까

뮌헨 공과대학, 테슬라 모델3 VS 폭스바겐 ID.3 성능 테스트 결과

2021-11-01 17:14

조회수 : 15,874

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[뉴스토마토 백주아 기자] 중국 리튬인산철(LFP) 배터리 성능이 국내 니켈·코발트·망간(NCM) 삼원계 배터리보다 뛰어나다는 분석이 나왔다. LFP가 가격 경쟁력이 높지만 삼원계 대비 에너지효율은 떨어진다는 통념을 뒤집은 결과다. 테슬라와 벤츠 등 완성차 업체들이 LFP 채택을 공식화하면서 삼원계 배터리 진영의 타격이 예상되고 있다. 전문가들은 중국 업체들이 삼원계까지 장악하는 것은 시간 문제라며 배터리 성능 개선 및 기술 개발에 속도를 내야 한다고 지적한다. 
 
1일 업계에 따르면 독일 뮌헨 공과대학은 자동차 전문지 '아우토 모토 운트 슈포트'와 최근 테슬라 모델3와 폭스바겐 ID.3 전기차에 탑재된 55킬로와트시(KWh) 용량 배터리 성능 테스트 진행 결과를 발표했다. 
 
독일 뮌헨 공과대학이 진행한 테슬라 모델3와 폭스바겐 ID.3 성능 테스트. 사진/뮌헨공과대학
 
연구 결과는 다소 충격적이다. 모델3에 탑재된 LFP 배터리가 ID.3에 탑재된 니켈·코발트·망간(NCM) 배터리 대비 성능이 뛰어났다. 모델3에는 중국 CATL 제품이, ID.3에는 LG에너지솔루션(분사 전 LG화학(051910)) 제품이 들어간다. 테스트는 같은 날 날씨·온도 조건에서 동일 경로에서 진행됐다. 
 
모델3의 주행거리는 대부분 ID.3보다 길었다. 연구팀은 시내(8km) 구간에서는 평균 25km/h, 일반 도로(20km)구간은 50.6km/h, 고속도로(35km) 구간은 93.7km/h 속도로 차량을 주행했다. 도로 주변 온도가 15도 일 때를 제외하고는 대부분 모델3의 주행거리가 iD.3보다 10km 가량 더 나왔다. 통상 LFP의 에너지밀도는 kg당 180~220Wh로, 삼원계(240~300Wh/kg) 대비 낮은 것으로 알려져 있었다. 
 
충전 속도도 LFP가 삼원계보다 빨랐다. 급속 충전시 모델3는 26분 만에 10%에서 80%까지 충전되는 것에 비해 ID.3는 약 35분이 소요됐다. 충전 시 허용 온도의 경우 모델3는 최대 50도까지 견딜 수 있는 것에 비해 ID.3는 45도가 최대다. 
 
연구팀은 모델3와 ID.3의 배터리 냉각 시스템으로 성능 차이가 발생했다고 분석했다. ID.3는 33도에서, 모델3는 42도에서 냉각 시스템이 가동되는데, 모델3가 냉각 시 더 많은 에너지를 절약할 수 있다는 설명이다. 최대 부하 상태에서 모델3와 ID.3의 효율은 각각 97%, 93%였다.
 
전력변환장치(인버터) 기술 차이도 성능을 가르는 주요 요인으로 꼽혔다. 모델3에는 실리콘카바이드·탄화규소(SiC) 기반 전력반도체가, ID.3에는 절연 게이트 타입 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 기술이 적용된다. 모델3의 인버터가 ID.3 인버터보다 최신 기술이 적용됐다는 설명이다. 
 
이번 결과는 자동차 업계에도 상당한 여파를 가져올 것으로 예상된다. 니켈과 코발트 등 원자재 가격이 급등하는 가운데 저렴하면서도 효율이 좋은 배터리를 쓸 수 있는 유인이 더 늘어났기 때문이다. LFP는 삼원계 배터리 대비 가격이 2~30% 가량 저렴하다. 최근 테슬라에 이어 메르세데스 벤츠도 엔트리급 모델에 사용되는 배터리를 LFP로 교체할 방침을 내놨다. 
 
중국 업체들은 LFP 기술 개선에 힘을 실어 왔다. CATL의 셀투팩(CTP), 셀투셰시(CTC) 기술은 삼원계 못지 않은 출력을 내는 것으로 알려졌다. '칼날 배터리'로 알려진 BYD의 LFP는 삼원계 배터리와 비슷한 에너지 밀도를 가지면서도 안전성을 높였다는 특징이 있다. 삼원계가 배터리 시장을 장악해오는 기간 동안 LFP 관련 기술 진보도 동시에 이루어진 것이다. 
 
전문가들은 LFP가 삼원계보다 성능이 떨어진다는 통념에 박혀서는 기술 진보는 어렵다고 지적했다. LG엔솔과 SK온(분사 전 SK이노베이션(096770)) 등 국내 업체들도 LFP 개발에 착수한 것처럼 중국 배터리 기업들도 삼원계 배터리 기술력을 강화하고 있다. 
 
박철완 서정대학교 자동차학과 교수는 "배터리 전기차 안전 기준이 강화되는 흐름이 이어지면서 중국의 삼원계 각형이 CTP와 CTC를 기반으로 한국 이차전지 산업을 직접적으로 위협할 것"이라며 "CATL이 개발한 CTP은 기술적으로 삼원계 각형도 가능한만큼 삼성SDI(006400)가 수혜를 받으며 국내 2사 대비 경쟁력을 갖출 수 있을 것"이라고 내다봤다. 
 
백주아 기자 clockwork@etomato.com
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