RMI Outlet, Rocky Mountain Institute 블로그에 원래 게시
Madeline Tyson 작성
지난 몇 년 동안 리튬 이온(Li-ion) 배터리 제조 공장 용량이 크게 증가하고 추가 확장에 대한 단기 약속으로 배터리 저장 비용은 계속해서 급격히 하락하고 있습니다. 향상된 성능과 함께 비용 감소는 에너지 전환을 극적으로 가속화할 새로운 배터리 애플리케이션을 가능하게 합니다.
많은 투자자, 정책 입안자 및 시스템 계획자에게 가장 주목받는 가격 이상의 성능 특성은 종종 에너지 밀도 또는 안전과 같은 메트릭입니다. 그러나 향후 5년 동안 배터리 열화(사이클 수명)를 목표로 하는 개선은 EV 채택을 확대할 뿐만 아니라 차량 간 서비스, 세컨드 라이프 사용과 같은 배터리의 새로운 응용 분야를 여는 데 더욱 중요할 수 있습니다. 더 이상 이동성 목적으로 적합하지 않은 배터리 및 장기 보관에 적합합니다. 이러한 응용 프로그램은 배터리의 경제성을 크게 바꾸고 이전에 미개척된 가치 사슬을 따라 새로운 기회의 지평을 열 수 있습니다. 즉, 청정 에너지 시스템으로의 전환을 가속화한다는 점에서 게임 체인저가 될 것입니다.
많은 사람들이 깨닫지 못하는 것은 리튬 이온 배터리에 다양한 전기화학 에너지 저장 장치가 포함되어 있다는 것입니다. RMI의 Breakthrough Batteries에 설명된 대로 보고서에 따르면 다양한 성능 특성과 장단점이 있는 다양한 유형의 리튬 이온 배터리가 있습니다. 국가, 연구 기관 및 제조업체는 더 좋고 더 저렴한 대부분의 리튬 이온 배터리를 추구하기 위해 연구 개발에 상당한 투자를 하고 있습니다.
최근 Tesla가 수명 동안 100만 마일을 달성할 수 있는 리튬 이온 배터리 화학 물질을 개발했다는 주장에 대해 많은 소문이 떠돌았고 이는 성능 저하의 극적인 개선을 시사합니다. 가장 분명한 의미는 동일한 배터리(로봇 택시에 유용한 기능)로 100만 마일을 주행할 수 있는 능력이지만, EV 배터리의 수명 향상은 전기화 사용 사례를 확장하는 데 많은 다른 의미를 갖습니다.
리튬 이온 배터리는 시간, 주기 수, 주기 깊이 및 온도와 같은 여러 요인으로 인해 성능이 저하됩니다. NMC 또는 NCA 음극 화학 물질과 같이 에너지 밀도에 최적화된 리튬 이온 배터리는 일반적으로 완전히 방전되는 경우(100% 방전 깊이) 수명이 더 짧습니다. 오늘날 제조되는 다른 가장 일반적인 리튬 이온 화학 물질은 리튬 철 인산염(LFP)으로, 훨씬 무겁고 에너지 밀도가 낮지만(경량 차량에는 적합하지 않음) 수명이 더 깁니다.
고에너지 밀도 리튬 이온 화학 물질의 주기 수명이 크게 개선되면 전기차 급속 충전, 차량 간 전력망(Vehicle-to-Grid) 기능, 2차 수명 배터리 활용을 포함한 장기 저장 설치를 구현하는 데 큰 진전이 될 것입니다. 그러나 이러한 개선 사항에는 다음과 같은 문제도 있습니다.
고속 충전
고속 충전은 전기 이동성 미래의 중요한 부분입니다. EV가 오늘날 존재하는 기능과 용이한 운송 수단을 동일하게 제공하는 것이 중요하기 때문입니다. 그러나 일부 유형의 리튬 이온 배터리는 급속 충전 또는 방전될 때 열화율이 상당합니다. 열화의 심각성을 줄이고 배터리 수명을 연장하는 음극 및 전해질 개선은 급속 충전의 부정적인 영향을 줄입니다.
차량 간 전력망(V2G) 충전
차량이 전력망의 균형을 맞추는 역할을 할 수 있다는 아이디어는 흥미롭지만 도전 과제가 만연합니다. Nissan과 Fiat 모두 V2G 모델을 테스트하기 위해 파일럿에 참여하고 있습니다. 다시 말하지만, EV 배터리는 충전 및 방전 주기에 따라 쇠퇴합니다. 배터리 보증 제공업체는 전력망에서 약간의 보상을 받는 대가로 이러한 자산의 이동성 기능을 저하시키는 데 관심이 없습니다.
EV 배터리 사이클링 및 수명의 개선 없이 차량 간 충전을 장려하는 데 필요한 가격 책정 비율은 너무 높을 가능성이 높습니다. 이러한 균형 기능을 제공하려면 다양한 추가 에너지 저장 투자가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 로컬 에너지 저장소를 고속 충전 인프라와 연결하면 이러한 이점을 얻을 수 있으며 동시에 급속 충전으로 인한 수요 급증의 영향을 완화할 수 있습니다. EV 배터리 성능이 크게 향상되지 않으면 EV 단독으로 분산 그리드 밸런싱 또는 국부적 복원력을 제공할 가능성이 거의 없습니다.
장기간 보관
그리드 연계 배터리 프로젝트의 대다수는 단기 저장 이벤트를 목표로 했지만 배터리 비용이 감소하면서 이러한 프로젝트의 평균 지속 시간이 2015년 1.5시간에서 오늘날 2.2시간으로 늘어났습니다. 추가 에너지가 프로젝트에 비용을 추가한다는 사실 외에도 리튬 이온 저장 프로젝트 개발자는 일반적으로 필요한 에너지 양을 10~30% 과도하게 구축합니다. 이 추가 용량은 배터리가 완전히 방전되는 횟수를 줄이는 데 도움이 되며 약간의 성능 저하를 허용할 수 있습니다.
또한 장기 설치는 종종 보조 서비스 또는 단기 에너지 전환(예:15분)을 포함하여 가능한 경우 더 짧은 기간의 기회를 우선시합니다. 이러한 단기 시장에 대한 배터리 개발자 및 자산 소유자의 선호는 그리드에 대한 배터리의 복원력 이점을 약화시킬 수 있습니다. 더 나은 수명과 성능을 가진 배터리는 버퍼 용량이 더 많거나 배터리 성능 저하 비용에 대한 두려움이 필요하지 않습니다. 결과적으로 배터리 프로젝트 경제성을 크게 개선하는 방식으로 완전히 설치된 용량을 더 자주 사용하는 더 긴 기간의 프로젝트가 설치될 것입니다. 시스템 계획자, 규제 기관 및 투자자는 시스템을 설계하고 선택할 때 이러한 속성을 고려해야 합니다.
장기간 보관을 위한 두 번째 수명 배터리
Li-ion LFP는 이미 비교적 긴 수명을 가지고 있으며 많은 그리드 설치에 논리적인 선택입니다. 그러나 LFP의 최종 가격 하한선은 구성 요소 재료 비용을 기준으로 kWh당 약 60달러가 될 것으로 예상됩니다. 이것은 재생 에너지의 더 높은 보급에 필요한 장기 계절 저장 유형에 비해 너무 높을 수 있습니다. 이것은 제한된 자원 가용성으로 때로는 오랜 기간 동안 겨울 피크 에너지 수요에 직면하는 세계의 추운 지역에서 특히 그렇습니다.
Form Energy는 $10/kWh 미만의 자본 비용을 목표로 하는 혁신적인 독점 기술로 이 문제를 해결해 왔습니다. 최근에 회사는 에너지 전환을 위한 중요한 이정표이자 발전인 Great River Energy와 150시간 동안 지속되는 저장 프로젝트를 시연하는 계약을 체결했습니다.
수명이 더 긴 리튬 이온 배터리는 저렴한 비용이 필요한 임계값을 충족할 수 있기 때문에 장기 보관을 위한 또 다른 경제적 솔루션이 될 수 있습니다. 이를 위해서는 배터리 수집, 테스트, 재활용 및 처리를 포함하는 리튬 이온 생태계를 구축해야 합니다.
현재의 리튬 이온 배터리는 배터리 상태의 변동성과 사이클링 수명 및 안전성의 급격한 감소로 인해 다양한 두 번째 수명 애플리케이션을 위해 수익을 창출하기 어려울 수 있습니다. 현재까지 두 번째 수명의 리튬 이온 배터리는 통신 타워의 복원력 애플리케이션에 주로 사용되었지만 일부 회사에서는 두 번째 수명의 그리드 애플리케이션을 테스트하고 있습니다. 장기 보관 시장이 성숙해짐에 따라 사용 사례에 따라 남은 가치를 일치시키기 위해 용도가 변경된 EV 배터리의 남은 에너지 함량에 대한 확신을 제공하기 위해 향상된 배터리 수명이 필요할 것입니다. 또한 더 적은 수의 화학 물질과 제조업체 간의 표준 공유를 향한 리튬 이온 시장 통합은 중고 시장이 이 문제를 추적하고 해결하는 데 크게 도움이 될 것입니다.
전력망의 미래 지향적인 비전에는 급속 충전, 차량 간 기능, 2차 수명 배터리를 포함하는 장기 에너지 저장이 포함됩니다. 이러한 새로운 사용 사례는 수명이 향상된 EV 배터리로 크게 가속화될 것입니다. 투자자, 시스템 계획자 및 정책 입안자는 스토리지 솔루션에 대한 인센티브 및 투자를 모색할 때 향후 사용 사례를 활성화하는 데 사이클링이 미치는 영향을 고려해야 합니다. 여기에는 점차 표준화되고 두 번째 수명 배터리의 남은 배터리 수명을 모니터링하고 비교할 수 있는 강력한 배터리 공급망을 구축하는 것이 포함되어야 합니다.
