테슬라의 새로운 리튬 배터리, 수명 연장 및 최대 90% 충전 가능

테슬라의 가장 큰 뉴스 중 하나는 신차나 FSD 업데이트가 아니라, 제이 레노의 개러지(Jay Leno's Garage)와의 인터뷰에서 테슬라 차량 엔지니어링 부사장 라스 모라비가 한 조용한 발언입니다. 그는 테슬라의 차세대 니켈 기반 배터리 기술이 기존 기술보다 훨씬 내구성이 뛰어나며, 따라서 테슬라는 현재 권장 수준인 80% 대신 이전 권장 수준인 90%까지 충전할 것을 제안할 것이라고 밝혔습니다.

이는 단순한 사소한 조정이 아닙니다. 이는 테슬라의 장거리 및 고성능 배터리가 LFP 배터리와 거의 동일한 일상적 편의성을 제공하도록 하는 재료 과학의 획기적인 발전의 결과입니다.

최근 공개된 특허 출원 US20240383770A1은 이러한 개선의 이면에 있는 과학적 원리를 살펴보고, 테슬라의 업데이트된 기술이 어떻게 더 탄력적이고 더 오래 지속되는 배터리 음극을 만들어내는지 밝힙니다.

LFP 벤치마크와 니켈 타협

이러한 변화의 중요성을 이해하려면 먼저 테슬라가 현재 출시한 두 가지 배터리 라인업을 이해해야 합니다.

리튬철인산염(LFP) 배터리는 내구성이 뛰어난 제품입니다. 사용자에게 가장 큰 장점은 매일 100%까지 충전할 수 있다는 편리함이며, 장기적인 성능 저하를 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 따라서 일반 차량이나 단거리 주행 차량에 적합합니다. 하지만 최적의 성능을 위해서는 더욱 정밀한 온도 변화가 필요합니다. 너무 덥거나 춥다면 충전 속도가 충분히 빠르지 않거나 충분한 전력을 방출하지 못할 수 있습니다.

반면 니켈 기반(NMC/NCA) 배터리는 고성능 마라톤 주자입니다. 이 배터리의 주요 장점은 더 높은 에너지 밀도와 더 높은 최대 출력입니다. 이는 테슬라의 롱 레인지 및 퍼포먼스 모델에서 볼 수 있는 더 긴 주행 거리와 더 빠른 가속을 가능하게 합니다. 수년간 이러한 성능의 대가로, 배터리의 장기적인 성능을 유지하고 성능 저하를 최소화하기 위해 일일 충전량을 80%로 제한해야 했습니다.

이로 인해 편의성 격차가 발생했습니다. 라스 모라비의 표현을 빌리자면, 테슬라는 LFP 배터리와 니켈 기반 배터리 간의 격차를 절반으로 줄였습니다. 덕분에 테슬라의 고성능 배터리는 일반 배터리만큼 사용하기 편리하면서도 단점은 전혀 없습니다.

비밀 소스: 음극 도핑

그렇다면 테슬라는 어떻게 이러한 변화를 이룰 수 있었을까요? 그 답은 "도핑된 양극 활물질 및 그 제조 방법"이라는 제목의 특허 출원서에 있습니다. 다소 비중이 크지만, 간단히 말해 테슬라가 니켈 기반 배터리의 화학적 성질을 개선하는 방법을 자세히 설명하고 있습니다. 이를 통해 배터리의 성능은 물론, 궁극적으로 배터리의 장기적인 수명을 향상시킬 수 있습니다.

핵심 혁신은 도핑입니다. 도핑은 제조 과정에서 소량의 다른 금속 원소(도펀트)를 1차 양극 재료에 정밀하게 혼합하는 재료 과학 기술입니다. 이 공정은 반복적인 사용 주기 동안 충전 용량이 크게 감소하는 많은 양극 재료의 주요 단점을 해결하는 데 도움이 됩니다.

테슬라는 기존 양극재의 83%였던 전하 보유율을 새로운 도핑 양극재의 91%에 가깝게 높이는 데 성공했습니다. 특허에 따르면, 일반적인 도핑되지 않은 셀은 시간이 지남에 따라 에너지 용량의 약 20%를 손실합니다. 이와는 대조적으로, 네 가지 원소를 조합하여 도핑한 양극재는 같은 기간 동안 용량의 5% 미만을 손실합니다.

이는 분해율을 4배나 감소시킨 것이며, 테슬라가 배터리 기술을 개선하는 데 필요한 핵심적인 소재 과학적 도약입니다.

이는 엔지니어링 측면에서 큰 성과이며, 최신 차량에 대한 일일 충전 권장 사항을 90%로 전환하면 사용자 친화적인 차량이 되고 소유자는 주행거리가 늘어나는 동시에 테슬라 배터리의 수명도 늘어날 것입니다.

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