테슬라는 2020년 9월 배터리 데이 행사를 개최했습니다. 일론 머스크가 배터리 데이 당시 테슬라가 제시한 목표는 2가지 였습니다.
1) 운송수단의 100% 전동화
2) 저렴한 전기 자동차 생산
2020년 배터리 데이 당시 네바다 기가팩토리는 연간 150 GWh 정도를 생산하고 있었고 운송수단의 100% 전동화를 위해서는 약 10 TWh가 필요하다고 했습니다. 당시 배터리 기술로 20 TWh를 생산하기 위해서는 기가팩토리 135개를 더 지어야 했는데 이렇게 되면 시간과 비용이 너무 많이 들기 때문에, 테슬라는 더 효율적인 배터리 셀 생산 시스템을 제시했는데요.
바로 배터리 공정 자체를 더 효율적으로 만들어 시간과 비용을 줄이는 전략입니다. KWh 당 배터리 비용을 56%까지 낮추게 되면 전기차 제조 비용의 40%를 차지하는 배터리 비용을 절감할 수 있게 되고 배터리 비용을 절감하게 되면 더 저렴한 전기차를 만들 수 있기 때문입니다.
배터리 데이 때 테슬라는 이러한 새로운 시도를 통해 2022년까지 약 $25,000 (약 3,000만 원) 수준의 전기차를 출시하겠다는 목표를 제시했는데요. 현재 원자재 가격 상승으로 이 목표는 달성이 어려워 보입니다.
💸배터리 원가를 줄이는 5가지 방법
그렇다면 테슬라가 제시한 배터리 원가 절감 방법을 간단히 살펴보겠습니다. 테슬라는 5가지 방법을 통해 KWh 당 배터리 비용을 56%까지 낮추겠다고 발표했습니다.
🔋첫 번째, 배터리 셀 디자인 변경입니다.
테슬라는 초기 전기차 생산 시 1865 배터리에서 2170으로 변경하여 50% 의 에너지 효율을 높일 수 있었습니다. 이것 또한 큰 혁신이었으나, 더 큰 배터리 효율을 내기 위해 배터리 셀 디자인 자체를 변경했는데요. 바로 4680 배터리입니다. 지름이 46mm, 높이가 80mm인 원통형 배터리 셀을 의미합니다.
배터리 셀 디자인 변경으로 제조 공정을 단순화했고, 필요 부품 감소를 통해 2170 배터리에 비해 5배 많은 에너지 용량과 6배 높은 출력을 낼 수 있고 주행거리도 최대 16%가 늘어난다고 합니다. 이는 현재 모델Y 롱 레인지 기준으로 511km에서 약 600km까지 주행거리가 늘어난다고 볼 수 있습니다.
⚙️두 번째, 셀 팩토리 공정 효율화입니다.
테슬라 데이 때 배터리 제조 공정 효율화를 위해 제지 공장과 유리병 제조 공장에서 많은 영감을 얻었다고 언급했습니다. 기존 전극 공정은 비효율적인 4단계 습식 공정으로 진행되는데 이는 매우 비효율적인 공정으로 테슬라가 인수한 맥스웰 테크놀로지의 건식 도포 공정으로 전환하게 된다면 동선과 에너지를 10배 가까이 줄일 수 있다고 합니다.
그리고 공정 설비를 다시 디자인해 1개의 조립 라인에서 20 GWh를 생산하며 기존 공정 대비 7배 이상의 아웃풋을 낼 수 있다고 설명했습니다. 전극 공정이 효율화되면 150 GWh로 계획된 기가 팩토리 보다 작은 공장인 테라 팩토리에서 1 TWh를 생산할 수 있게 됩니다.
투자 대비 비용이 확실히 감소하게 되며 이러한 계획을 통해 2030년까지 배터리를 3 TWh까지 생산할 계획이라 말했는데요. 이는 LG화학의 생산량인 100 GWh의 30배 정도 되는 생산량입니다.
🧪세 번째와 네 번째는 음극재, 양극재 원료의 효율화입니다.
테슬라는 음극재로 지구 상 가장 풍부한 자원 중 하나인 실리콘 원재료에 탄성 이온 폴리머 코팅을 통해 표면을 안정화시켜 대량 공정을 통한 원가를 절감하고 주행 거리를 향상할 수 있다고 말합니다.
그리고 양극재 생산 공정 간소화를 통해 66%의 투자 비용 절감 및 76%의 공정 비용을 절감하고, 배터리 재료 공급망 확보를 위한 리튬 광산 인수 및 배터리 재활용을 통한 효율화도 추진하고 있다고 말했습니다.
🚘마지막으로 차량 구조의 효율화입니다.
일론 머스크는 테슬라에서 독자적인 신소재 합금을 개발하여 고강도 합금을 제작했고 이를 앞쪽 차체와 뒤쪽 차체를 하나의 덩어리로 만든 후 배터리에 연결하는 새로운 전기차 구조를 만드는 데 사용할 것이라고 합니다.
그리고 비행기가 연료를 화물처럼 싣고 다녔던 것을 연료 탱크를 날개 모양으로 만들어 공간 효율화했던 방법을 전기차에 적용하여 효율적인 공간 활용을 만들어 낼 수 있다고 말합니다. 이렇게 되면 배터리가 없던 공간에 배터리를 추가할 수 있고, 배터리팩 자체가 구조물이 되어 더 효율적인 공간을 활용할 수 있게 됩니다.
이러한 구조 덕에 무게 중심이 중앙으로 몰리면 측면 충돌 시 배터리에 가해질 충격을 완화할 수 있고, 운전 성능 역시 좋아지게 됩니다. 이러한 새로운 구조를 통해 바디 부피는 10% 감소되고, 주행거리는 14% 증가하게 되며, 370개의 부품을 감소할 수 있게 됩니다. 앞에서 소개한 5가지 방법을 이용하면 테슬라는 배터리 생산 시 비용을 약 56% 줄일 수 있게 됩니다.
🤔4680 배터리와 새로운 구조가 적용된 테슬라 차량은 언제 출시하는 걸까?
독일 기가팩토리에서 4680 배터리가 장착된 모델Y가 출시한다는 소식이 있었으나 현재 독일 기가팩토리는 환경오염을 우려한 지역 시민사회의 건설 반대로 인해 최종 승인이 지연되고 있습니다. 2021년 10월 9일 독일 기가팩토리 오픈 기념행사에 지역 주민을 초청하는 행사까지 진행했지만 2022년 3월 중순까지는 가동이 어렵다는 기사가 확인되었습니다.
그리고 2022년 1월 27일 2021년 4분기 실적 발표에서 일론 머스크는 텍사스 기가팩토리에서 새로운 구조와 혁신적인 4680 배터리가 장착된 모델Y를 생산할 것이라 말했는데요. 이번 4680 배터리는 파나소닉에서 생산한 배터리가 들어갈 것으로 보입니다.
텍사스 기가 팩토리에서 생산된 4680 배터리가 장착된 모델 Y는 빠르면 1분기 중에 출시할 것으로 보이며 텍사스 기가 팩토리는 네바다, 뉴욕, 상하이, 베를린에 이은 5번째 공장으로 이중 가장 규모가 크고 연간 50만 대의 모델 Y를 생산할 수 있기 때문에 올해 꽤 많은 양의 4680 배터리가 장착된 모델 Y가 텍사스 기가 팩토리에서 생산될 것 같습니다.
테슬라는 2018년 24만 5240대, 2019년 36만 7500대, 2020년 49만 9550대, 2021년 93만 6172대 기록하고 있으며, 2022년은 약 150만 대를 판매할 것으로 예측되고 있습니다. 초기 많은 차량을 생산할 수 없었던 테슬라가 이제는 점차 자동차 생산에 있어 전문성을 갖추고 있는 듯합니다.
배터리 데이 당시 일론 머스크는 언젠가 모든 자동차 브랜드가 장거리 주행이 가능한 전기 자동차와 완전 자율주행이 가능한 전기차를 만들게 될 것이라고 이야기했고 테슬라는 배터리 및 자동차 생산에 있어 전문성을 갖추는 것에 집중하겠다 말했는데, 정말 말하는 대로 진행되고 있는 것 같다는 생각입니다.
현재 반도체 이슈로 차량이 생산되지 못하는 것처럼 앞으로 전기차 생산에 있어서 가장 중요한 것은 바로 배터리이기 때문에 테슬라가 배터리 및 자동차 생산에 전문성을 갖추는 것은 어쩌면 당연한 일이라 생각됩니다.
2020년 배터리 데이 때 발표한 4680 배터리와 새로운 구조로 생산된 모델 Y가 이제 곧 출시를 앞두고 있는데요 2022년 테슬라가 제시한 비전과 목표가 정말 달성될 수 있을지 정말 기대가 많이 됩니다.
읽어주셔서 감사합니다.🙏🏻
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