전기차 배터리, 그냥 버린다고요? 폐배터리를 활용해 ESS(Energy Storage System)로 만듭니다!

2018년 기준 약 198만대 판매된 전기차는 2025년 약 1,200만대 넘게 팔릴 것으로 전망됩니다. 전기차가 늘어나는 만큼 전기차 폐배터리 발생량도 많아지겠죠? 전기차에 주로 사용되는 리튬이온배터리는 20만㎞ 이상 주행하면 성능이 떨어집니다. 자동차 배터리는 완성차에 탑재된 이후부터 서서히 효율이 떨어지기 시작해 약 20만㎞ 이상 주행 후에는교체 시기가 도래합니다. 이 과정에서 폐배터리는 버려지는데요. 이렇게 버려지는 폐배터리 중 70~80% 정도는 재활용 할 수 있는 자원입니다.

LG화학은 지속가능한 성장을 위해 여러 노력을 기울이고 있습니다. 그중 하나가 바로 이 전기차 폐배터리 활용입니다. 늘어나는 전기차 폐배터리를 어떻게 하면 활용할 수 있을지 LG화학은 고민하고 또 고민했습니다. 그 고민 끝에 LG화학은 전기차 폐배터리를 활용한 신규 사업모델 수립 추진과 ESS(Energy Storage System) 연구개발에 착수했고 르노삼성자동차 같은 자동차 제작사와 협업을 시작하였습니다.

그럼 지금부터 전기차 폐배터리를 재사용하기 위해 연구하고 고민하는, 치열한 현장으로 함께 가보실까요?

전기차 폐배터리를 어떻게 재사용할 수 있을까?

Reuse 배터리 신규 사업모델 개발 TDR(Tear Down & Redesign) 팀이 들려주는 이야기

상당히 많은 연구원분들이 이번 배터리 재사용 연구 프로젝트에 투입된 것 같습니다.
전체적인 프로젝트 팀 구성 설명 부탁드리겠습니다.

먼저 저희 Reuse 배터리 신규 사업모델 개발 TDR(Tear Down & Redesign) (이하 TDR팀)은 총 18명 정도가 리유즈(Reuse) 배터리 연구에 매진하고 있습니다.. ‘폐배터리 재사용 및 재활용’이라는 혁신적인 주제를 가지고 사업개발팀, ESS전지 상품기획, Cell/system 개발팀, 자동차전지 상품전략, 셀/팩 개발, BPC/HW개발팀, 배터리 연구소 BMS(Battery Management System) 선행설계, DM알고리즘팀 그리고 오창 공무기획팀 등 각 분야의 전문가들이 모여 구성된 팀입니다. 이 프로젝트를 위해 LG화학 전지사업부의 각 분야의 전문가들이 모여 배터리의 가치를 증명하는 일을 하고 있습니다.

다양한 분야의 전문가분들이 모이셨네요. 각자 근무하는 위치나 환경이 다른데
그렇다면 업무 하실 때 협업/커뮤니케이션은 어떻게 하시나요?

TDR팀은 올해 초 1월 경부터 프로젝트 착수하여 팀을 구성되었는데요. 보통 팀즈, 화상, 전화, 이메일 등 온라인으로 미팅을 진행했습니다. 평소 협업할 때, 매번 모든 팀원이 모여서 일을 한다기보다, 각 프로세스별로 지정된 업무에 따라 필요한 인원들이 커뮤니케이션합니다. 사실 프로젝트 팀이 이렇게 오프라인에서 모인 건 처음이네요. 인터뷰 덕분입니다. (웃음)

이번 프로젝트의 주요 과제와 전기차 폐배터리를 활용한 연구 과정을 설명해주세요.

국내 1위 배터리 업체인 LG화학은 지난해 본격적으로 전기차 폐배터리를 활용한 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장장치) 배터리 개발을 시작했습니다. 고객사인 르노삼성자동차와 MOU를 체결하여 서울시 택시 배터리팩 공급 특약에 따라 교체된 배터리를 회수하였고 이를 활용하여 새로운 ESS 개발에 활용할 계획인데요

ESS란 에너지를 저장해두었다가 필요할 때 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템을 말합니다. 저희는 전기차 폐배터리가 ESS 수명에 미치는 영향을 다각도로 분석하는 연구를 진행하고 있으며, 조만간 폐배터리를 적용한 전기차 충전소용 ESS를 선보일 예정입니다.

더불어 현재 저희 팀에서는 전기차 배터리뿐만 아니라 LG화학에서 생산하는 모든 배터리에 대해 연구하고 있습니다. 현재 충전소 스펙 조율은 완료된 상황이며, 앞으로 남은 단계는 실제 폐배터리를 활용한 전기차 충전기가 오창공장 내에 설치되기까지 어떤 안전 조건이 추가되고, 검토되어야 하는지 확인 중에 있습니다.

전기차의 배터리 재사용에 대해 조금 더 자세히 설명해 주시겠어요?

일반적으로 전기차의 경우 배터리 보증기간을 최소 5~10년으로 정하고 있는데, 보증 기간 내에 배터리 성능이 제조사 보증 사항에 따라 70% 미만으로 덜어지면 소비자의 요청에 따라 배터리를 교체할 수 있습니다. 전기차는 시간이 지날수록 주행거리가 감소하고, 충전 속도가 느려집니다. 2012년 이후 중국을 중심으로 전기차 시장이 빠르게 성장한 것을 고려하면 조만간 수명을 다한 폐배터리들이 쏟아질 것으로 예상합니다. 그러므로 폐배터리를 재사용하는 과제는 사업성은 물론 친환경적 측면에서도 꼭 필요한 활동입니다.

폐배터리가 늘어나면서 발생하는 문제는 어떤 게 있을까요?

국립환경과학원에서는 제2018-28호 유독물질의 지정고시에서 친환경 차 폐배터리를 산화코발트, 리튬, 망간, 니켈 등을 1% 이상 함유한 유독물질로 분류하고 있는데요. 외부에 노출될 시 화재, 감전 등의 위험성이 있다고 말하고 있습니다. 하지만 다행인 것은 폐배터리를 어떻게 사용하고 활용하는가에 따라 폐배터리는 애물단지가 아니라 보물단지가 될 수 있다는 점입니다. 전기차 리튬이온배터리는 에너지 밀도가 높아 성능이 저하되더라도 다른 분야에 재사용할 수 있기 때문입니다.

폐배터리를 재사용해 전기차 충전용 ESS로 사용하게 되면 어떤 장점이 있을까요?

우선 폐배터리를 재사용할 수 있는 다양한 방법이 있을 텐데요. 저희가 연구 중인 전기차용 ESS 충전소로 활용한다면 충전사업자의 수익 향상에 도움이 될 것으로 예상됩니다. 전기요금이 상대적으로 저렴한 야간에 에너지를 저장한 뒤 주간에 방전할 수 있기 때문입니다. 또한 기존 전기차 충전시스템의 출력을 높이기 위해서는 현재로서는 공사를 다시 진행해 충전시스템을 설치해야 하지만 폐배터리를 사용한 ESS를 설치하게 되면 낮은 공사비용으로도 충전기의 출력을 대폭 향상할 수 있습니다.

배터리 리유즈(Reuse) 비즈니스는 국내뿐만 아니라 전 세계적인 이슈인데요. LG화학만이 가진 장점은 무엇인가요?

첫 번째로 LG화학은 세계 최고의 배터리 제조사로서 자동차&ESS의 셀, 팩, BMS(Battery Management System) 등 배터리에 관련된 모든 부분에서 앞선 기술을 보유하고 있습니다. 특히 배터리 셀의 BOL(Beginning Of Life)부터 EOL(End of Life)까지 모든 특징을 알고 있다 보니, 연구소에서 다양한 시스템에 적용 가능한 선행연구를 진행해왔습니다. 또한 전기차 배터리 분야에서 오랜 기간 축적한 기술과 넓은 사업 네트워크 즉, 많은 주요 OEM(Original Equipment Manufacturer)을 고객으로 보유하고 있기 때문에 폐배터리 확보에 유리하며, 기존 ESS 사업 네트워크를 결합한 시너지를 통해 향후 단기간 내 규모의 경제 달성이 가능할 것으로 예상합니다.

폐배터리 연구에 필요한 새로운 시스템을 도입했다고 들었는데요. 어떤 시스템인가요?

기존의 충·방전기는 데이터를 수집하기만 할 수 있게 설계되어 있어 동작이 끝난 이후에 데이터를 받을 수 있고, HDD(하드디스크) 용량 확보를 위해 데이터를 지우는 등의 작업을 반복적으로 해야 했습니다. 또 사용 중에는 제어가 불가하기 때문에 충·방전기의 시스템을 끄고 수정해야 했는데요. 이런 모든 문제점을 보완하기 위해 클라우드 EMS(Energy Management System) 시스템을 도입했습니다. 클라우드 EMS 시스템을 사용하면 모든 데이터를 클라우드(가상의 공간)에 실시간으로 업데이트해 주기 때문에 기존처럼 데이터를 받고 지우고 할 필요가 없고, 실시간 데이터를 점검하며 시스템 제어도 가능합니다. 폐배터리는 상시로 데이터를 모니터링하며 안전 제어가 필요하기 때문에 클라우드 EMS 시스템은 굉장히 효율적입니다.

전기차 배터리를 재사용한 전기차 충전용 ESS가 설치되면 소비자(전기차 운전자) 입장에서는 어떤 점이 좋을까요?

소비자(전기차 소유자)의 폐배터리를 이용하여 재사용하게 된다면, 소비자는 폐배터리의 잔존가치 수준의 비용을 보상받을 수 있습니다. 또한 충전소 사업자는 이러한 재사용 배터리를 이용하여 보다 저렴한 비용으로 충전소 사업을 시작할 수 있고 이러한 초기 설치 비용의 감소는 자연스럽게 충전소 사업 활성화로 이어지리라 생각됩니다. 결과적으로 소비자(전기차 운전자)는 더 많은 충전소와 저렴한 연료비를 제공 받을 수 있을 것으로 기대됩니다.

지속가능성은 글로벌 기업들의 화두입니다. 지속가능성과 폐배터리의 재사용, 재활용이 어떻게 연관되는 것인가요?

전기 자동차의 배터리는 충/방전을 거듭하며 초기 성능의 약 80%이하의 배터리를 폐배터리로 분류하고 있습니다. 폐배터리란 전기차의 성능을 만족하기 위한 용량 및 출력 등의 성능이 부족하다는 의미인데 LG화학은 이러한  폐배터리를 활용하여 충전용 ESS 등으로 재사용하기 위해 노력하고있습니다. 이러한 폐배터리 시장의 규모는 향후 전기차의 보급과 함께 급격한 성장이 예상됩니다.

따라서 폐배터리를 이용한 재사용 전략은 경제적인 측면과 환경적인 측면 등 전반적인 이차전지 제품수명주기 관리 차원에서 필수적인 고려 요소입니다. 회수된 폐배터리를 이용하여 비교적 낮은 성능을 요구하는 ESS 등으로 재사용하고 그 이후 분해를 통한 재활용 및 재사용읕 통하여 새 배터리를 만드는 데 재활용하게 된다면 생산 비용 절감 및 환경 오염 최소화를 통한 LG화학의 이차전지사업의 지속 가능한 성장이 가능하리라 생각됩니다.

프로젝트를 진행하면서 어려웠던 점이 있다면 무엇일까요?

장기적인 폐배터리 재활용 연구를 위해 프로젝트 연구 초반에는 폐배터리를 확보하는 일이 힘들었던 것 같습니다. 국내에서 발생하는 폐배터리는 모두 정부 소유이기 때문에 연구용이더라도 폐배터리 공급받는데 제한적일 수 밖에 없는데요. 지속적인 노력 끝에 르노삼성자동차를 통해 폐배터리를 확보하여 연구에 착수할 수 있게 되었습니다.

또한 LG화학은 제조 회사로서 제조 비즈니스에 많은 리소스가 투입되어 있습니다. 현재 저희 팀이 하는 리유즈 과제는 제조보다는 기존에 하지 않았던 과제를 수행하는 프로젝트이다 보니 팀원들이 직접 모든 과정을 겪으며 증명해야 하는 게 어려운 것 같습니다.

전기차 충전용 ESS의 성능을 끌어올리기 위해 LG화학이 기술적으로 풀어야 할 숙제는 무엇인가요?

지속적인 연구를 통해 폐배터리 잔존 수명 예측의 정확도를 향상해야 합니다. 그렇게 되면 각 배터리의 예상 수명에 따라 가장 적합한 용도로의 적용이 가능할 것이고 사업 경제성 향상에도 유리할 것으로 판단하고 있습니다. 더 나아가 배터리의 퇴화를 최소화 할 수 있는 방안에 대한 연구도 필요합니다.

앞으로 폐배터리 재사용, 재활용 측면에서 LG화학의 향후 사업 및 연구 계획은?

LG화학의 기술력 및 사업 경험을 기반으로 폐배터리의 ESS 등 용도 사용 위한 지속적인 기술 연구와 함께 다양한 자동차 제조사, 파트너사들과의 협력을 꾸준히 추진할 예정입니다.

더불어 주요 국가의 환경정책에 부응하여 폐전지의 재활용 프로세스를 활성화하여 공정 스크랩 뿐만 아니라 수명이 완료되어 재사용이 불가한 폐배터리의 재활용까지 포함하는 자원순환체계(Closed loop) 수립을 완료하고자 합니다. 이를 통해 Recycle시의 환경오염을 최소화하고 100%에 가까운 회수율에 도달하도록 준비 중입니다.

마지막으로 LG화학 입사를 꿈꾸는 취업 준비생에게 한마디

저희 팀에는 다양한 분야의 전문가가 모여있지만, 특히 배터리를 다루는 일이다 보니 전기•화학 지식이 있으면 업무 하는 데 큰 도움이 될 것 같습니다. 팀에도 분야마다 하는 업무가 다르기 때문에 정해진 전공이 필요한 것은 아닙니다. 자신이 목표로 하는 전공을 선택해 열심히 임한다면 꼭 좋은 결과 있을 수 있다고 생각합니다.

우리가 실생활에서 흔히 사용하는 배터리. 그 배터리의 수명을 측정할 수 있어 재활용까지 가능해진다면 환경만이 아니라 경제적으로도 큰 도움이 될 것 같은데요. 그렇게 되기까지는 다양한 연구와 노력이 필요할 것입니다. 모두 관심 갖고 있는 전기차 폐배터리의 재사용! 더 이상은 미뤄서는 안 될 큰 숙제입니다. LG화학은 꾸준히 폐배터리 재활용에 관심을 가지고 앞장서서 해결해 가도록 하겠습니다.