홍차넷 - 전고체 배터리, 언제 투자해야 할까?

0.들어가며

내연기관이 등장하고, 내연기관의 왕 포드는 셀 수 없이 많은 돈을 벌어왔다. 그렇지만 과연 그가 내연기관의 수혜를 가장 많이 본 기업이었을까? 사실 내연기관의 등장 이후 돈을 가장 많이 번 회사는 스탠더드 오일(소유주 록펠러)이었다.즉 자동차보다 그것의 연료관련 기업이 더 돈을 많이 번 것이다. 혹자는 말한다 이 것이 EV(전기차)에서도 같다고. 천정부지로 치솟는 테슬라의 주가를 보면서, 땅을 치며 후회할 필요가 없다고. 어차피 전기차의 보급이 완전히 이루어지면(이미 대세는 이쪽이다.) 진짜 돈을 버는 쪽은 자동차회사가 아니라, 그것의 연료인 전기와 배터리이다.

1. 2차전지..이차전지... E차전지!!!

주식에 관심이 없고, 차에 관심없는 사람도 아마 요즈음의 뉴스를 듣다보면 이 말을 최소한 한 번쯤은 들어봤을 것이다, '이차전지'. 이차전지 말은 들어봤는데 그래서 이게 뭐지? 싶을텐데 사실 별게 아니다. 2차전지가 있다는건 1차전지도 있고 3차전지도 있다는건가? 그렇다. 1차전지는 재사용이 불가능한 일회용전지를 말하고, 2차전지는 충전가능한 재사용전지를 말하며 3차전지는 충전없이 스스로 전기를 생산해내는 연료전지를 말한다.

3, 그래서 지금 쓰는 배터리는 무엇인고?

지금은 당연히 2차전지를 쓰고 있고, 그 중 가장 훌륭한 리튬이온(Li-ion)전지를 쓰고 있다. 리튬은 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 강하다. 그래서 전지에 쓰이기 매우 적합하다고 볼 수 있다. 리튬이온전지는 크게 4가지 종류의 소재로 이루어져있다. +를 담당하는 양극재(Cathode), -를 담당하는 음극재(anode), 그 둘을 분리시켜주는 분리막(separator)과 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 전해액(electrolyte).

+를 담당하는 양극재의 역할은 리튬이온을 공급하는 소스로 일반적으로 배터리의 용량과 평균전압을 결정한다. -를 담당하는 음극재는 양극에서 나온 리튬이온을 저장,방출하며 외부회로에 전류를 흐르게 하는 역할이다. 분리막(separator)는 말그대로 양극와 음극을 분리시켜주는 역할을 한다. 이 것이 없으면 양극과 음극이 들러붙게 되고, 우리는 그것을 쇼트(short circuit)라고 부른다. 전해액은 리튬 이온의 이동을 자유롭게 해주는 녀석이다.

음...그렇다면 이런 리튬이온전지에게는 무슨 문제가 있길래 차세대 전지가 필요한 것일까?

4. 때리지마 뜨거워지지마 그러기 위한 추가적인 장치가 필요해!

리튬이온전지는 안타깝게도 구조적으로 발화/폭발 가능성을 지니고 있다. 고온(대략 60도 이상)에 노출되면 양극활물질속 산소와 액체전해질이 연료로 작용해 불이 붙게 된다. 이외에 외부로부터 큰 충격을 받으면 전해액이 누액되거나 분리가 제대로 이루어지지 않아 합선이 발생하여 화재나 폭발에 노출된다.

이를 막기 위해 외부충격으로부터 보호하는 장치와 냉각장치가 필요하다보니 배터리 시스템의 부피와 무게, 그리고 효율이 떨어지게 된다. 이러한 단점을 상쇄하기 위해 전고체 배터리가 구상되었으나 뜻밖에 전고체 배터리는 추가적인 장점을 지니고 있었다.

5. 전고체 그래서 누구냐....넌?

전고체는 말이 어렵지 그 개념은 쉽다. 전고체란 뜻은 말그대로 전부 고체(all solid state)라는 뜻이다.엥? 그럼 전엔 액체인 부분이 있었나? 싶다면 다시 생각해보자. 기존의 전지에서는 [전해액]이 있었다. 액체로 된 전해질이라는 뜻이다. 그렇다면 전고체 배터리에선 이게 고체가 되는건가? 맞다. 전해액이 고체가 되면서 자연스레 분리막의 필요성도 사라졌다.분리막과 전해액이 사라지면, 자연스레 온도변화에 따른 증상이나 외부충격에 따른 누액위험이 사라진다.즉 [안전성이 대폭 상승하는 것이다].

또 둘째로, 전고체 배터리는 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 자세한 기술적 설명은 생략토록 하고, 결론을 말하면 기존에 4개의 전지로 구현가능한 것을 1개의 단전지로 구현이 가능하기 때문에 부피가 줄어들어 부피당 에너지 밀도를 높일 수있다. 또한 리튬황/리튬메탈과 같은 신소재의 적용 또한 용이해져 기존 전지대비 4배정도의 에너지 밀도 향상을 이루어낼 수 있다.그리고 이러한 에너지 밀도 향상은 차체에서 배터리가 차지하는 부피를 줄일 뿐만 아니라, 무게도 줄어 운행 가능거리가 증가하게 된다. 현재로는 약 800km(내연기관이 대략 700km,현재 전기차는 테슬라기준 500km)정도 주행이 가능할 것으로 보인다.

또한, 전고체 그 자체의 특성은 아니지만 일부 업체의 발표에 따르면(ex: QuantumScape, Prologium) 초고속 충전또한 가능할 것으로 보인다. 약 10분정도 충전이면 80%이상 충전이되는 수준으로, 기존의 시스템과는 비교가 안되는 수준. 참고로 이부분은 전고체배터리의 특성이라기 보다는 해당 업체가 지닌 특성이거나 신소재(리튬메탈,리튬황등)의 특징일 가능성이 높다. 왜냐하면 고체 전해질은 액체전해질에 비해 이온전도도가 낮기 때문이다.

6.그래서 누가 지금 전고체를 연구하고 있고 언제쯤 출시 예정인가?

전고체의 연구 선두주자는 한국의 삼성SDI와 일본과 대만, 미국의 스타트업등이라 볼 수 있다. 일본은 토요타와 파나소닉 그리고 기타 소재업체들의 합작연구로 가장 많은 특허건수를 자랑하며 토요타는 원래 2020년 동경올림픽 때 전고체 전기차를 소개할 예정이었으나, 코로나 관련 이슈로 공개를 미룬뒤 2022년 실제 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시하겠다고 발표했다.

한국의 삼성 SDI는 삼성종합기술연구원등에서 2018년 네이쳐 Energy 지에 전고체관련 연구를 처음 발표하여 세계적으로 주목을 받았다.이들은 2025년경 시제품 생산을 시작으로 2030년경 본격적인 생산이 이루어질 것으로 내다봤다. LG화학은 전고체 이후 리튬황소재를 활용한 전지를 준비 중으로 이 또한 2030년경으로 내다보고 있다.현대의 경우 미국 전고체전지 스타트업인 Ionic Materials에 500만달러를 투자하였고, 2025년경 전고체탑재 전기차를 양산할 예정이다.

대만의 Prologium은 배터리 제조사로 2021년부터도 시제품 및 소규모 양산이 가능하다고 선전하고 있으며 기술력을 과시하고 있다. 이 기업은 2006년 설립된 기업으로 Oxide 형태의 고체전해질을 사용하는 것이 특징이며 가장 빠른 시간 내 양산 가능성을 내비치고 있다. 미국에는 많은 관련 스타트업이 있는데 그중 Quantumscape가 작년 SPAC을 통해 상장하면서 가장 많은 주목을 받았고, 이외 SolidPower등이 있다. Quantumscape는 Volkswagen그룹과 Bill Gates, 컨티넨탈 그룹등으로부터 투자받았으며 2024년 이전에 폭스바겐의 차에 이를 탑재할 예정이다.

결론적으로 시계열상 가장 빠른 그룹은 일본의 TOYOTA-PANASONIC 그룹과 대만의 Prologium이며 Volkswagen-Quantumscape 등이 그 뒤를 이을 예정이며 현대차와 국내 배터리 기업이 차세대 소재와 함께 등장할 예정이다. 참고로 중국은 중국의 간펑리예와 CATL등이 관련 연구단지를 현재 짓고 있다.

7. 그럼 LIT에서 갈아타야 하나요? 관련 ETF는 있나요?

음 아쉽게도 현재까지 전고체 ETF는 없다. 개별종목들은 각국시장이나 나스닥 등에 상장되어 있으니 구매해볼 수는 있겠다. LIT에서 갈아타야하냐고? 참고로 전고체 배터리에서도 여전히 리튬은 메인이다.LIT의 Top 10 Holdings 를 보자. Albemarle(호주 리튬광산업체), BYD(중국 전기차배터리 업체) 간펑리예 리튬 코퍼레이션(리튬업체,칠레호수등에서추출), 삼성 SDI, LG화학, Tesla, Panasonic, Sociedad Quimica y Minera de chile(칠레리튬업체) 등이다. LIT 자체가 Lithium & Battery Tech ETF다 보니 리튬원자재 기업에도 상당부분 할당되어있으니 전고체가 성공한다고 해서 LIT가 큰 타격을 받을 일은 없어보인다.다만 LIT에 100을 투자하는 것보단 전고체의 미래를 보았을 때, 전통적인 중국 배터리 기업보다는 Toyota나 Volkswagen같은 EV 완성차 회사중 전고체의 선두주자, 퀀텀스케이프, 대만 Prologium, 삼성 SDI 등에 투자하는 것도 좋아 보인다.

다만 투자구루 켄 피셔에 따르면 주식시장은 3-30개월간의 미래를 반영한다 했으므로, 3-30개월(2021.04~대략 2024년 중반)안에 결과가 나올 법한 기업들에 걸어보는 것도 나쁘지 않은 전략일 것이다. TOYOTA-PANASONIC(상장주식), 퀀텀스케이프(상장주식), 대만 Prologium(비상장주식)

[참고자료]

삼성 SDI 페이지 : https://www.samsungsdi.co.kr/column/all/detail/55269.html

유튜브 '엔지니어 TV' : https://youtu.be/_k9-xCL3dLk

키움증권 리포트 : '차세대 배터리 미래를 담을 기술'

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[본 글은 관련 전문가가 아닌 그저 개인으로서 궁금했던 것을 찾아 정리한 것으로, 정확하지 않은 내용이 있을 수 있으며 이는 특정 종목이나 분야의 성공이나 투자를 조장하는 것이 아닌 단순 견해일 뿐입니다.]

Date	21/01/17 22:10:35수정됨
Name	lonely INTJ
File #1	Solid_State_Batteries_3.png (34.6 KB), Download : 32
Subject	전고체 배터리, 언제 투자해야 할까?
https://redtea.kr/free/11349 0.들어가며 내연기관이 등장하고, 내연기관의 왕 포드는 셀 수 없이 많은 돈을 벌어왔다. 그렇지만 과연 그가 내연기관의 수혜를 가장 많이 본 기업이었을까? 사실 내연기관의 등장 이후 돈을 가장 많이 번 회사는 스탠더드 오일(소유주 록펠러)이었다.즉 자동차보다 그것의 연료관련 기업이 더 돈을 많이 번 것이다. 혹자는 말한다 이 것이 EV(전기차)에서도 같다고. 천정부지로 치솟는 테슬라의 주가를 보면서, 땅을 치며 후회할 필요가 없다고. 어차피 전기차의 보급이 완전히 이루어지면(이미 대세는 이쪽이다.) 진짜 돈을 버는 쪽은 자동차회사가 아니라, 그것의 연료인 전기와 배터리이다. 1. 2차전지..이차전지... E차전지!!! 주식에 관심이 없고, 차에 관심없는 사람도 아마 요즈음의 뉴스를 듣다보면 이 말을 최소한 한 번쯤은 들어봤을 것이다, '이차전지'. 이차전지 말은 들어봤는데 그래서 이게 뭐지? 싶을텐데 사실 별게 아니다. 2차전지가 있다는건 1차전지도 있고 3차전지도 있다는건가? 그렇다. 1차전지는 재사용이 불가능한 일회용전지를 말하고, 2차전지는 충전가능한 재사용전지를 말하며 3차전지는 충전없이 스스로 전기를 생산해내는 연료전지를 말한다. 3, 그래서 지금 쓰는 배터리는 무엇인고? 지금은 당연히 2차전지를 쓰고 있고, 그 중 가장 훌륭한 리튬이온(Li-ion)전지를 쓰고 있다. 리튬은 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 강하다. 그래서 전지에 쓰이기 매우 적합하다고 볼 수 있다. 리튬이온전지는 크게 4가지 종류의 소재로 이루어져있다. +를 담당하는 양극재(Cathode), -를 담당하는 음극재(anode), 그 둘을 분리시켜주는 분리막(separator)과 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 전해액(electrolyte). +를 담당하는 양극재의 역할은 리튬이온을 공급하는 소스로 일반적으로 배터리의 용량과 평균전압을 결정한다. -를 담당하는 음극재는 양극에서 나온 리튬이온을 저장,방출하며 외부회로에 전류를 흐르게 하는 역할이다. 분리막(separator)는 말그대로 양극와 음극을 분리시켜주는 역할을 한다. 이 것이 없으면 양극과 음극이 들러붙게 되고, 우리는 그것을 쇼트(short circuit)라고 부른다. 전해액은 리튬 이온의 이동을 자유롭게 해주는 녀석이다. 음...그렇다면 이런 리튬이온전지에게는 무슨 문제가 있길래 차세대 전지가 필요한 것일까? 4. 때리지마 뜨거워지지마 그러기 위한 추가적인 장치가 필요해! 리튬이온전지는 안타깝게도 구조적으로 발화/폭발 가능성을 지니고 있다. 고온(대략 60도 이상)에 노출되면 양극활물질속 산소와 액체전해질이 연료로 작용해 불이 붙게 된다. 이외에 외부로부터 큰 충격을 받으면 전해액이 누액되거나 분리가 제대로 이루어지지 않아 합선이 발생하여 화재나 폭발에 노출된다. 이를 막기 위해 외부충격으로부터 보호하는 장치와 냉각장치가 필요하다보니 배터리 시스템의 부피와 무게, 그리고 효율이 떨어지게 된다. 이러한 단점을 상쇄하기 위해 전고체 배터리가 구상되었으나 뜻밖에 전고체 배터리는 추가적인 장점을 지니고 있었다. 5. 전고체 그래서 누구냐....넌? 전고체는 말이 어렵지 그 개념은 쉽다. 전고체란 뜻은 말그대로 전부 고체(all solid state)라는 뜻이다.엥? 그럼 전엔 액체인 부분이 있었나? 싶다면 다시 생각해보자. 기존의 전지에서는 [전해액]이 있었다. 액체로 된 전해질이라는 뜻이다. 그렇다면 전고체 배터리에선 이게 고체가 되는건가? 맞다. 전해액이 고체가 되면서 자연스레 분리막의 필요성도 사라졌다.분리막과 전해액이 사라지면, 자연스레 온도변화에 따른 증상이나 외부충격에 따른 누액위험이 사라진다.즉 [안전성이 대폭 상승하는 것이다]. 또 둘째로, 전고체 배터리는 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 자세한 기술적 설명은 생략토록 하고, 결론을 말하면 기존에 4개의 전지로 구현가능한 것을 1개의 단전지로 구현이 가능하기 때문에 부피가 줄어들어 부피당 에너지 밀도를 높일 수있다. 또한 리튬황/리튬메탈과 같은 신소재의 적용 또한 용이해져 기존 전지대비 4배정도의 에너지 밀도 향상을 이루어낼 수 있다.그리고 이러한 에너지 밀도 향상은 차체에서 배터리가 차지하는 부피를 줄일 뿐만 아니라, 무게도 줄어 운행 가능거리가 증가하게 된다. 현재로는 약 800km(내연기관이 대략 700km,현재 전기차는 테슬라기준 500km)정도 주행이 가능할 것으로 보인다. 또한, 전고체 그 자체의 특성은 아니지만 일부 업체의 발표에 따르면(ex: QuantumScape, Prologium) 초고속 충전또한 가능할 것으로 보인다. 약 10분정도 충전이면 80%이상 충전이되는 수준으로, 기존의 시스템과는 비교가 안되는 수준. 참고로 이부분은 전고체배터리의 특성이라기 보다는 해당 업체가 지닌 특성이거나 신소재(리튬메탈,리튬황등)의 특징일 가능성이 높다. 왜냐하면 고체 전해질은 액체전해질에 비해 이온전도도가 낮기 때문이다. 6.그래서 누가 지금 전고체를 연구하고 있고 언제쯤 출시 예정인가? 전고체의 연구 선두주자는 한국의 삼성SDI와 일본과 대만, 미국의 스타트업등이라 볼 수 있다. 일본은 토요타와 파나소닉 그리고 기타 소재업체들의 합작연구로 가장 많은 특허건수를 자랑하며 토요타는 원래 2020년 동경올림픽 때 전고체 전기차를 소개할 예정이었으나, 코로나 관련 이슈로 공개를 미룬뒤 2022년 실제 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시하겠다고 발표했다. 한국의 삼성 SDI는 삼성종합기술연구원등에서 2018년 네이쳐 Energy 지에 전고체관련 연구를 처음 발표하여 세계적으로 주목을 받았다.이들은 2025년경 시제품 생산을 시작으로 2030년경 본격적인 생산이 이루어질 것으로 내다봤다. LG화학은 전고체 이후 리튬황소재를 활용한 전지를 준비 중으로 이 또한 2030년경으로 내다보고 있다.현대의 경우 미국 전고체전지 스타트업인 Ionic Materials에 500만달러를 투자하였고, 2025년경 전고체탑재 전기차를 양산할 예정이다. 대만의 Prologium은 배터리 제조사로 2021년부터도 시제품 및 소규모 양산이 가능하다고 선전하고 있으며 기술력을 과시하고 있다. 이 기업은 2006년 설립된 기업으로 Oxide 형태의 고체전해질을 사용하는 것이 특징이며 가장 빠른 시간 내 양산 가능성을 내비치고 있다. 미국에는 많은 관련 스타트업이 있는데 그중 Quantumscape가 작년 SPAC을 통해 상장하면서 가장 많은 주목을 받았고, 이외 SolidPower등이 있다. Quantumscape는 Volkswagen그룹과 Bill Gates, 컨티넨탈 그룹등으로부터 투자받았으며 2024년 이전에 폭스바겐의 차에 이를 탑재할 예정이다. 결론적으로 시계열상 가장 빠른 그룹은 일본의 TOYOTA-PANASONIC 그룹과 대만의 Prologium이며 Volkswagen-Quantumscape 등이 그 뒤를 이을 예정이며 현대차와 국내 배터리 기업이 차세대 소재와 함께 등장할 예정이다. 참고로 중국은 중국의 간펑리예와 CATL등이 관련 연구단지를 현재 짓고 있다. 7. 그럼 LIT에서 갈아타야 하나요? 관련 ETF는 있나요? 음 아쉽게도 현재까지 전고체 ETF는 없다. 개별종목들은 각국시장이나 나스닥 등에 상장되어 있으니 구매해볼 수는 있겠다. LIT에서 갈아타야하냐고? 참고로 전고체 배터리에서도 여전히 리튬은 메인이다.LIT의 Top 10 Holdings 를 보자. Albemarle(호주 리튬광산업체), BYD(중국 전기차배터리 업체) 간펑리예 리튬 코퍼레이션(리튬업체,칠레호수등에서추출), 삼성 SDI, LG화학, Tesla, Panasonic, Sociedad Quimica y Minera de chile(칠레리튬업체) 등이다. LIT 자체가 Lithium & Battery Tech ETF다 보니 리튬원자재 기업에도 상당부분 할당되어있으니 전고체가 성공한다고 해서 LIT가 큰 타격을 받을 일은 없어보인다.다만 LIT에 100을 투자하는 것보단 전고체의 미래를 보았을 때, 전통적인 중국 배터리 기업보다는 Toyota나 Volkswagen같은 EV 완성차 회사중 전고체의 선두주자, 퀀텀스케이프, 대만 Prologium, 삼성 SDI 등에 투자하는 것도 좋아 보인다. 다만 투자구루 켄 피셔에 따르면 주식시장은 3-30개월간의 미래를 반영한다 했으므로, 3-30개월(2021.04~대략 2024년 중반)안에 결과가 나올 법한 기업들에 걸어보는 것도 나쁘지 않은 전략일 것이다. TOYOTA-PANASONIC(상장주식), 퀀텀스케이프(상장주식), 대만 Prologium(비상장주식) [참고자료] 삼성 SDI 페이지 : https://www.samsungsdi.co.kr/column/all/detail/55269.html 유튜브 '엔지니어 TV' : https://youtu.be/_k9-xCL3dLk 키움증권 리포트 : '차세대 배터리 미래를 담을 기술' ====================================================================== [본 글은 관련 전문가가 아닌 그저 개인으로서 궁금했던 것을 찾아 정리한 것으로, 정확하지 않은 내용이 있을 수 있으며 이는 특정 종목이나 분야의 성공이나 투자를 조장하는 것이 아닌 단순 견해일 뿐입니다.] 10 선추천후감상 이 게시판에 등록된 lonely INTJ님의 최근 게시물 22-03-19 그럼에도 내가 보수인 것은 [19] 22-02-24 푸틴 21일 대국민 연설문 [2] 21-09-20 경제적 1%가 되는 길 [10] 21-09-11 NFT의 암호화폐 생태계 기여도에 대한 분석 [0] 21-09-02 생일 [4] 21-09-02 마초이즘의 성행 그리고 그 후행으로 생긴 결과 [8] 21-08-25 사랑이란 [5] 21-08-24 바하밥집 후원 [6] 21-08-22 나는 다만, 홀로 침전(沈澱)하는 것일까? [4] 21-07-17 랑종에 대한 제 생각 모음집(약스포) [6]