[돌비] 인천 청라국제도시 아파트 화재차의 NCM 배터리(BATTERY)에 대해서 알아보죠.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lithium-Ion_Battery_for_BMW_i3_-_Battery_Pack.JPG

 

최근 인천에서 화재가 난 차량의 NCM 배터리(BATTERY)가 파라시스 에너지(FARASIS ENERGY)의 NCM 배터리로 알려졌는데요.

NCM 배터리에 대해서 자세하게 알아보도록 하죠.

 

 

NCM 배터리는 전기차 배터리 기술에서 중요한 역할을 하는 리튬 이온 배터리의 한 유형으로, 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 망간(Manganese) 세 가지 금속 원소를 주요 구성 성분으로 사용하는 것이 특징입니다. NCM 배터리는 고출력, 높은 에너지 밀도, 그리고 비교적 우수한 안전성을 제공하여 전기차의 성능을 극대화하는 데 기여합니다.

1. NCM 배터리의 화학적 구조

 

양극재: NCM 배터리의 양극재는 니켈, 코발트, 망간의 비율에 따라 다양한 조합을 가집니다. 초기에는 NCM 111(1:1:1 비율)으로 시작했으나, 최근에는 에너지 밀도를 높이기 위해 니켈의 비율을 늘린 NCM 523, NCM 622, NCM 811(8:1:1 비율) 등이 개발되었습니다. 니켈의 비율이 높아질수록 배터리의 에너지 밀도가 증가하지만, 안전성 관리가 더 중요해집니다.

음극재: 일반적으로 흑연(Graphite)이 음극재로 사용됩니다. 흑연은 리튬 이온을 잘 저장할 수 있으며, 충전 및 방전 시 리튬 이온이 이곳으로 이동합니다.

전해질: 리튬 염(Lithium salt)이 포함된 액체 전해질이 주로 사용되며, 이온의 이동을 돕습니다.

분리막: 양극과 음극을 분리하면서도 리튬 이온의 이동을 허용하는 얇은 막입니다. 분리막은 배터리 내부에서 단락을 방지하여 안전성을 높이는 중요한 역할을 합니다.

 

2. NCM 배터리의 주요 특성

 

에너지 밀도: NCM 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 이는 동일한 무게와 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 뜻으로, 전기차의 주행 거리를 늘리는 데 매우 유리합니다.

출력 성능: NCM 배터리는 높은 출력 성능을 제공하여, 전기차의 가속력과 전반적인 주행 성능을 향상시킵니다. 고출력 배터리는 전기차가 짧은 시간 내에 많은 에너지를 필요로 할 때(예: 급가속 시) 중요한 역할을 합니다.

충전 속도: NCM 배터리는 비교적 빠른 충전 속도를 지원합니다. 이는 전기차 사용자가 더 짧은 시간 내에 충전을 완료할 수 있도록 도와줍니다.

사이클 수명: NCM 배터리는 일반적으로 1000~2000회 정도의 충전 사이클을 견딜 수 있습니다. 이는 배터리의 수명이 비교적 길다는 것을 의미하지만, 다른 배터리 유형(예: LFP 배터리)과 비교하면 사이클 수명이 다소 짧을 수 있습니다.

 

3. NCM 배터리의 안전성

 

열폭주 위험: NCM 배터리는 높은 에너지 밀도와 성능을 제공하지만, 니켈의 비율이 높아질수록 열폭주(thermal runaway) 위험이 커집니다. 열폭주는 배터리 내부에서 과열이 발생하여, 배터리가 폭발하거나 화재로 이어질 수 있는 현상입니다.

BMS(배터리 관리 시스템): NCM 배터리에는 배터리의 온도, 전압, 전류를 실시간으로 모니터링하고 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS)이 필수적입니다. BMS는 배터리의 과충전, 과방전, 과열을 방지하여 안전성을 높이는 역할을 합니다.

냉각 시스템: 고성능 전기차에서는 NCM 배터리의 열관리를 위해 복잡한 냉각 시스템이 사용됩니다. 이는 배터리가 최적의 온도에서 작동하도록 유지하여, 안전성과 성능을 모두 보장합니다.

 

4. NCM 배터리의 발전 및 트렌드

 

니켈 비율의 증가: NCM 배터리 기술의 발전은 니켈 비율을 높이는 방향으로 진행되고 있습니다. 니켈의 비율이 높아지면 배터리의 에너지 밀도가 증가하여, 전기차의 주행 거리를 더욱 늘릴 수 있습니다. 그러나 코발트의 비율이 낮아지면서, 코발트의 안정성을 대신할 수 있는 기술적 대응이 필요합니다.

코발트 대체 노력: 코발트는 희소 자원이며, 환경적, 윤리적 문제로 인해 코발트 사용을 줄이려는 노력이 계속되고 있습니다. 이를 위해 니켈의 비율을 높이거나 코발트를 대체할 수 있는 새로운 소재에 대한 연구가 진행되고 있습니다.

비용 절감: NCM 배터리의 주요 성분인 니켈과 코발트는 상대적으로 고가의 금속이므로, 제조업체들은 비용 절감을 위해 대체 소재를 연구하거나 공정을 개선하고 있습니다.

 

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5. 응용 분야

 

전기차: NCM 배터리는 특히 고성능 전기차에서 널리 사용됩니다. 높은 에너지 밀도와 성능 덕분에 장거리 주행이 필요한 프리미엄 전기차에서 많이 채택됩니다. 예를 들어, 테슬라, 현대, BMW와 같은 제조사들이 NCM 배터리를 사용하여 고성능 전기차를 개발하고 있습니다.

에너지 저장 장치(ESS): NCM 배터리는 가정용 및 산업용 에너지 저장 시스템에서도 사용됩니다. 높은 에너지 밀도와 출력 성능이 필요할 때 유리합니다.

휴대용 전자기기: 스마트폰, 태블릿, 노트북과 같은 소형 전자기기에서도 NCM 배터리가 사용되지만, 전기차에서처럼 높은 에너지 밀도보다는 안정성과 긴 수명이 더 중요시됩니다.

 

6. NCM 배터리의 장단점

 

장점:
높은 에너지 밀도: 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 전기차의 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.
우수한 출력 성능: 전기차의 가속력과 성능을 향상시킵니다.
비교적 빠른 충전 속도: 사용자 편의를 높이는 중요한 요소입니다.

 

단점:
열폭주 위험: 고밀도 배터리의 특성상 과열 위험이 존재합니다.
비용: 니켈과 코발트의 가격이 높아 상대적으로 비용이 많이 듭니다.
사이클 수명: 다른 배터리 유형에 비해 충전 사이클 수명이 짧을 수 있습니다.

 

 

결론

 

NCM 배터리는 고성능 전기차와 에너지 저장 시스템에서 매우 중요한 역할을 하는 배터리 기술입니다. 높은 에너지 밀도와 출력 성능을 제공하여 전기차의 성능을 극대화할 수 있으며, 기술 발전을 통해 점점 더 나은 성능과 안전성을 제공하고 있습니다. 다만, 비용 및 안전성 문제를 해결하기 위한 지속적인 연구와 개선이 필요합니다.