납축전지와 리튬전지의 1라운드
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작성자 컴인
작성일17-04-07 00:00
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산업용 2차전지에 대한 니즈 자체가 고도화되면서 기기 편의성에 대한 요구가 상승하고 있다.
리튬이온전지의 채용으로 장시간 사용해도 산업기기의 전원이 끊기지 않게 되면서 작업 안정성이 올라가고 운영 신뢰도가 상승할 수 있다.
텔레매틱스를 구축하면 원격으로 실시간 작업 상황을 관리하며 정교한 작업량 제어도 가능하다. 전원 용량 증가로 AV 시스템, GPS 등 편리한
전기장치가 적용 가능해 지는 것도 산업기기에 대한 만족도를 높이는 요인이다. 성능 개선과 편의성 제고에 대한 기대감이 커지면서 고성능
리튬이온전지에 대한 수용성도 높아지고 있다.
2013년 1월, 상용 항공기인 보잉의 787 모델에 채용된 리튬이온전지에서 발화사고가 발생했다. 급증하는 기내 전력 필요량 대응을
위해 고용량 리튬이온전지를 최신 여객기에 적용한 보잉은 차기 모델용 전지 솔루션 개발에 박차를 가하던 중이었다. 보잉은 물론 미국연방조사기관까지
달려들어 철저한 원인 규명을 약속했다. 보수적인 항공산업의 특성상 안전성 문제를 발생시킨 리튬이온전지가 다시 사용되기까지는 꽤 많은 시간이
필요한 듯했다. 하지만 불과 몇 개월이 지나지 않아 리튬이온전지는 안전성에 문제가 없다는 조사결과가 나왔고 보잉 항공기에 다시 적용됐다.
일반적으로 부품 개발에 10년, 검증에 5년이 필요한 항공산업이 이전에는 보기힘들었던 빠른 템포로 리튬이온전지에 관심을 보이고 있는
것이다. 변화의 필요성이 항공산업의 보수성을 극복하고 있는 셈이다.
건설 중장비인 굴착기에서는 리튬이온전지 기반의 하이브리드 동력 시스템을 장착함으로써 획기적인 운영 비용 절감 효과를 보고 있다.
굴착기의 연간 가동 시간은 평균 2천 시간에 달한다. 막대한 연료를 소모하는 굴착기에는 하이브리드 동력 시스템에 적합한 반복 동작이 많다.
리튬이온전지는 산업기기의 발전전력과 회생전력을 저장하며 엔진 출력 부족 시 전동기를 구동할 수 있기 때문에 하이브리드 굴착기의 연료비는
기존 굴착기 대비 최대 30%까지 감소한다. 원가 상승분을 고려해도 3년 이내에 회수가 가능할 만큼 경제성이 우수하다. 엔진 시동 지원 용도
이외에는 사용이 쉽지 않았던 납축전지를 리튬이온전지로 대체하면서 장기간 사용이 가능하게 되었고 동력원으로도 활용이 가능해진 것이다.
이와 같이 굴착기, 지게차, 항공기 등이 리튬이온전지 채용으로 성능이 개선되고 비용이 절감되며, 작업 환경까지 편해지고 있다. 생산량
증대, 신뢰도 확보와 수명 연장, 환경 오염 개선 등 새로운 가치들이 산업기기에서 생기면서 산업기기가 리튬이온전지의 유망 영역으로 자리매김하고
있다.
■리튬이온전지와 납축전지의 경쟁 본격화
리튬이온전지와 납축전지와의 본격 경쟁은 비상전원공급장치인 UPS를 필두로 상용차, 하이브리드 중장비, 휴대용 청소기 등 다양한 산업기기
영역을 대상으로 시작되고 있다.
산업기기 고객에게 납축전지를 대체할 수 있는 솔루션을 지속해서 제안하면서 리튬이온전지의 영역이 조금씩 넓어지고 있다. 납축전지가
장악하고 있던 산업기기 시장에서 리튬이온전지와 납축전지와의 한판 승부가 시작되고 있다.
2차전지 솔루션 경쟁 1막에서 휴대용 소형기기를 둘러싸고 리튬이온전지와 치열하게 경쟁했던 니켈계 전지는 더 이상 리튬이온전지의 경쟁
대상이 아니다. 리튬이온전지에 비해 성능이 약하고 수명이 짧은 니켈계 전지는 이제 가격 측면의 장점마저 사라지고 있다. 교체 비용에 부담을
느끼는 최소한의 영역에서만 니켈계 전지가 사용되고 있다. 하지만 이제 시작되고 있는 솔루션 경쟁 2막에서 리튬이온전지의 전방위적인 공세에 대한
납축전지 진영의 대응이 1막에서의 니켈계 전지와는 사뭇 다르다.
2차전지 솔루션 진영 간 치열한 생존 경쟁
미국 기반의 산업기기용 2차전지 전문 기업인 Enersys는 산업기기 영역 대부분에 납축전지로 대응하는 기업이다. 연간 2조원 수준의
매출을 기록하는 Enersys가 대응하는 산업기기는 90여 개에 달한다. 수많은 기기에 대응하지만 Enersys의 최근 이익률은 20%
이상이다. 지난 3년간 평균 두 자릿수 이상의 고성장을 기록하기도 했다. 다수의 수요기기에 맞춤형으로 대응한다면 도저히 달성 불가능한
실적이다.
Enersys는 이질적인 수요기기의 특성을 최대한 단순하게 대응하는 차별적 노하우로 성장세를 유지하고 있다. Enersys는 산업용
납축전지의 역할을 크게 3가지로 구분하고 있다. ① 엔진의 시동 지원, ② 엔진 정지 시 또는 전력 공급 중단 시 조명이나 공조기기 등에 전력
공급, ③ 심방전용 납축전지를 통한 주 동력원으로서 역할 등이다. 다양한 기기 특성과 사이즈에 제각각 대응하기 보다 세가지 그룹을 만들어서 각
그룹 내에 납축전지의 특성을 살린 몇 가지의 표준 전지 팩을 개발해서 다수의 기기에 대응한다.
납축전지 진영은 성능 혁신에도 적극 나서고 있다. 짧은 수명과 부족한 용량을 개선하고 기존 장점인 저비용, 저온 성능 등을 더욱 강조한
개선형 납축전지 개발에 박차를 가하고 있다. 일본의 Furukawa 전지, 미국의 Exide 등이 참여하고 있는 납축전지기업
컨소시엄(ALABC)은 얼마 전 48V급 하이브리드 승용차에 적합한 Lead-carbon 전지 개발을 발표했다. Leadcarbon전지는 기존
납축전지의 대안으로 음극에 납 대신 탄소를 사용하여 전지 성능은 최대60%까지, 수명은 최대 2.7배까지 개선한 전지다. 영하 30도에서도 정상
동작이 가능하다. 리튬이온전지에 필수적으로 필요한 제어회로와 보호회로도 필요 없어서 비용 절감도 가능하다는 장점이 있다.
납축전지기업의 방어에 맞서는 리튬이온전지 진영은 매우 공격적이다. 먼저 가격을 혁신적으로 낮추고 있다. 테슬라는 기가팩토리를 통해 원형
리튬이온전지 kWh당 가격을 110달러까지 낮추겠다고 공언했다(납축전지의 KWh당 가격은 80달러~100달러 수준이다).
LG화학, 삼성SDI 등 원형 리튬이온전지를 생산하는 기업도 기가팩토리와의 경쟁을 위해 110달러 수준에 맞출 것으로 보인다. kWh당
110달러 미만의 리튬이온전지가 등장한다면 리튬이온전지와 납축전지의 가격 격차는 많이 좁혀질 것으로 보인다. 막 상용화 단계인 개선형 납축전지는
아직 kWh당 가격을 언급하기 어려울 정도로 높은 수준이고, 기존 납축전지는 오래전부터 현 수준의 가격을 유지하고 있기 때문이다.
두번째, 납축전지의 장점인 저온 성능을 확보하고, 표준 제품 라인업도 구성하고 있다. 전해질 등 소재 개선을 통해 저온에서도 성능 저하
수준이 심각하지 않은 리튬이온전지를 개발하고 있고, 표준형 원형 리튬이온전지를 몇 가지 모델로 만들어서 다양한 산업기기에 대응하고 있다
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