듀얼코어 아키텍처 전면에…LFP·나트륨 등 기술 조합이 핵심

"낮게 달린 과실은 이미 수확됐다. 기술적 전환이 필요한 시점이다."

중국 배터리 1위 업체 CATL의 로빈정(Robin Zeng) 회장이 회사 창립 이후 처음으로 개최한 자체 기술 행사 '테크데이'에서 이같이 말했다. 그동안은 제품 발표회 수준에 머물렀지만, 이번엔 기술 전략을 전면에 내세운 대형 이벤트였다.

CATL은 12C 고속충전이 가능한 리튬인산철(LFP) 기반 배터리부터 나트륨, 자생 음극, 듀얼코어 아키텍처까지 네 가지 신기술을 공개했다. 이 중에서도 서로 다른 화학계열 배터리를 하나의 시스템에 통합한 듀얼코어 아키텍처가 이번 발표의 핵심이었다. 앞선 기술들도 결국 이 아키텍처 구현을 뒷받침하는 구성요소다.

듀얼코어 아키텍처는 전력 이중화 개념을 적용해 출력 안정성과 열폭주 대응까지 고려한 구조로 CATL의 배터리 셀과 배터리관리시스템(BMS) 설계 역량을 보여준 대목이다.

CATL은 상하이모터쇼(4월23일∼5월2일) 개막을 이틀 앞둔 21일, 상하이에서 테크데이 이벤트를 열었다. "기술로 상상의 경계를 확장한다(Tech for Boundless Imagination)"는 슬로건 아래 이번 행사는 제품보다 구조와 구상에 방점이 찍혔다.

듀얼코어 아키텍처는 '멀티코어 시대'를 선언하며 내세운 핵심 기술이다. 주력 에너지 영역과 보조 에너지 영역을 나눠 기능을 분산하고, 고속충전과 장거리 주행, 출력 안정성을 동시에 겨냥한 구조다.

CATL은 이 기술로 기존 배터리 구조로는 구현이 어려웠던 출력 이중화, 고출력·고안정성 병행, 고장 시 에너지 전환 등을 가능하게 했다고 설명했다. 구조는 고전압·저전압 영역, 물리 구조·전기 구조, 열 관리 시스템까지 이중화하는 방식으로 설계됐다. 특히 고장 감지 시 수 밀리초 단위로 전력을 재구성하는 BMS가 핵심이다. 항공기처럼 한쪽 기능이 꺼져도 유지되는 시스템을 지향한다는 설명이다.

케미스트리 조합에 따라 성능과 용도를 다양하게 구성할 수 있는 점도 특징이다. 나트륨 배터리, LFP 배터리, 삼원계 배터리 등을 조합한 3가지 듀얼코어 모델을 제시했다.

▲CATL 듀얼코어 아키텍처 조합

듀얼코어 아키텍처를 통해 겨냥한 것은 단순한 기술 고도화만이 아니다. 배터리 공급업체를 넘어 전기차 플랫폼 전략의 일부로 완성차 기업과의 협상력도 끌어올리려는 움직임이다. 실제로 CATL은 자율주행, 반도체, 자동차 제조 등 전방위 투자를 통해 전기차 산업 내 영향력을 확대해왔다.

CATL은 듀얼코어 아키텍처를 실현하기 위한 기반 기술로 3가지 배터리 제품을 함께 공개했다.

2세대 선싱 배터리는 12C 고속충전이 핵심이다. 이는 BYD의 5분 충전 배터리인 10C보다 빠른 속도다. 1초당 주행거리 2.5km를 충전할 수 있다고 CATL은 설명했다. 이를 구현하기 위해 탄소 코팅 나노 초전도 양극, 초정밀 결정질 흑연 음극, 나노 액상 전해질 전송 기술을 적용했다. 충·방전 중 발생하는 미세 균열을 자가 치유하는 SEI 필름도 도입해 수명 저하를 억제했다. 다만 12C 구현은 메가와트급 충전 인프라가 전제되어야 한다는 현실적 제약이 따른다.

나스트라(Naxtra) 브랜드로 공개된 나트륨 배터리는 영하 40℃에도 성능 저하 없이 작동하며, 에너지 밀도는 175와트시(Wh)/kg에 달한다. 승용차용 동력 배터리와 상용차용 24볼트(V) 시동 배터리로 구성돼 있다. 폭넓은 온도 대응력과 긴 수명이 장점이다. 그러나 리튬계 대비 에너지 밀도에서 열세를 보이며, 완전한 대안이라기보다는 특정 조건의 보완재 성격이 강하다.

마지막 축은 자생 음극 기술이다. 나노 단위 계면 설계를 통해 금속 리튬이 균일하게 증착되도록 했고, 이온 전달 속도를 두 자릿수 배로 향상시키면서도 사이클 수명을 확보했다. CATL은 이 기술이 에너지 밀도 1000Wh/L 이상 달성에 기여할 수 있다고 밝혔다. 다만 전고체 배터리와의 연결성, 실제 셀 설계 반영 시기 등은 불확실한 상태다.

정 회장은 멀티코어 구조가 전고체 배터리 같은 차세대 기술의 상용화를 앞당길 수 있다고도 강조했다. 전고체 배터리가 갖는 출력 한계나 충전 속도 문제를 멀티코어 조합으로 보완해 초기 실용화로 이끌 수 있다는 설명이다. 

이번 테크데이는 CATL이 기술의 절대 성능보다, 구조적 조합과 설계를 통해 현실적 해법을 찾고 있다는 신호로도 읽힌다. 단일 배터리 셀 성능이 아닌 이를 엮는 방식에 승부수를 띄운 셈이다.

출처 : 전자부품 전문 미디어 디일렉(http://www.thelec.kr)