수십 년 동안 배터리 발전은 더 나은 에너지 밀도, 더 높은 출력, 더 빠른 충전과 같은 익숙한 성능 지표로 정의되어 왔다. 이 지표들은 특히 전기차에서 여전히 중요하다. 그러나 전력 수요가 증가하고 데이터 센터가 미국 전력의 증가하는 비중을 소비하면서 배터리에 관한 논의가 바뀌고 있다.
유틸리티, 하이퍼스케일러, 또는 에너지 저장 솔루션이 필요한 다른 전력 공급자와 이야기할 때 그들의 우선순위는 주행 거리를 극대화하거나 무게를 최소화하는 것이 아니다. 실제 조건에서 장기간에 걸쳐 신뢰할 수 있고 저렴한 전력을 제공하는 것이다.
그것이 나트륨 이온 배터리 기술을 그토록 매력적으로 만드는 것이며, GM이 GM 벤처스(GM Ventures) 부문의 전략적 투자를 바탕으로 피크 에너지(Peak Energy)와 협력하여 그리드 규모 저장을 위해 특별히 제작된 차세대 나트륨 이온 배터리 셀을 개발하는 이유다.
올바른 용도에 올바른 배터리를, GM이 나트륨 이온을 선택한 철학
GM의 핵심 철학은 올바른 화학을 올바른 작업에 매칭하고 누구보다 더 잘 실행하는 것이다. 고객이 필요로 하는 것에서 시작하여 거기서부터 거꾸로 엔지니어링한다.
그것이 자동차, 전력망에 대해 생각하는 방식이며, 나트륨 이온이 앞으로 몇 년간 그리드 규모 에너지 저장 시스템(ESS)을 위한 결정적인 화학이 될 것이라고 믿는 이유다.
근본적인 수준에서 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 매우 유사하게 작동한다. 충전과 방전 중 이온의 이동을 통해 에너지를 저장하고 방출한다. 나트륨과 리튬은 주기율표의 같은 열에 있어 중요한 화학적 유사성을 공유한다.
하지만 정확히 같은 방식으로 거동하지는 않으며, 그 차이가 다른 종류의 용도에 맞춰진 성능 프로파일로 배터리를 설계할 수 있는 의미 있는 기회를 만들어낸다.
그리드 규모 정치형 저장 시스템에서 셀을 더 안전하고 견고하게 만들 수 있다면 시스템의 다른 곳에서 복잡성을 제거할 수 있다. 그것은 고객에게 더 조용하고, 더 단순하며, 유지보수가 적은 ESS로 이어질 수 있다.
기존 화학과 비교하여 나트륨 이온은 더 넓은 온도 범위에서 더 많은 사이클 동안 성능을 발휘할 수 있다. 이는 나트륨 이온 구동 에너지 저장 시스템이 능동 냉각 없이 훨씬 적은 시스템 복잡성으로 작동할 잠재력이 있음을 의미한다.
대규모 에너지 저장 시스템에서 이는 중요하다. 능동 냉각은 더 많은 하드웨어, 더 많은 유지보수, 더 많은 기생 에너지 손실, 더 많은 소음, 더 많은 고장 기회를 요구하며, 이 모든 것이 시간이 지나면서 비용을 높일 수 있다.
그것이 피크 에너지와의 작업이 그토록 중요한 이유 중 하나다. 피크의 에너지 저장 플랫폼은 나트륨 이온의 강점이 어떻게 더 낮은 비용과 더 큰 신뢰성으로 전환될 수 있는지를 이미 보여주고 있다. 정치형 저장 운영자들에게 이는 의미 있는 이점이다.
그들은 안전하고 개입이 덜 필요하며 더 낮은 총 운영 비용을 달성하는 신뢰할 수 있는 자산을 찾고 있다. 바로 나트륨 이온을 그리드 규모 용도에 그토록 적합하게 만드는 종류의 성능 프로파일이다.
나트륨 이온이 에너지 저장 판도를 바꾸는 방법
그렇다고 나트륨 이온(sodium-ion)이 첫날부터 모든 것을 해야 하는 것은 아니다. 사실 나트륨 이온에 대해 우리가 정말 흥분하는 것은 그 개발에 얼마나 많은 여지가 남아있는지다.
LFP는 지난 25년 동안 상당히 개선되었지만 성숙해지면서 그 이득이 정체되기 시작하고 있다. 나트륨 이온은 LMR처럼 아직 개발 곡선의 초기에 있으며, 이는 기술이 성숙함에 따라 의미 있는 개선을 이끌어낼 더 많은 여지를 준다.
나트륨은 지구상에서 가장 풍부한 원소 중 하나이며, 그 풍부함이 더 접근하기 쉬운 소재로 만들어지고 더 큰 장기적 회복력을 가진 배터리 시스템으로 가는 길을 만든다.
그리고 나트륨 이온 셀이 리튬 이온과 중요한 구조적 유사성을 공유하기 때문에 우리는 GM이 셀 설계, 시제작, 산업화에서 구축한 배터리 전문성을 적용하여 이 화학을 발전시키는 데 도움을 줄 수 있다.
GM의 차세대 나트륨 이온 셀 개발은 에너지 밀도를 더 높이며, 시간이 지나면서 LFP를 포함한 더 성숙한 화학을 능가할 잠재력을 가진다. 비용 압박, 에너지 수요 증가, 지정학적 위험으로 점점 더 형성되는 시장에서 그것은 진정한 차별화 요소다.
GM의 접근 방식이 특별한 이유, 미국 배터리 리더십을 전력망으로 확장한다
GM은 대규모로 내구성 있고 비용 효율적인 저장을 필요로 하는 그리드 시장을 위해 여기 미국에서 GM의 배터리 노하우를 구축하고 있다.
이는 미시간주 워런(Warren)에서 시작되며, 우리는 그곳에 중앙집중식 배터리 R&D 엔진을 구축했다. 이곳은 우리가 EV를 위한 LMR과 같은 화학을 발전시키는 곳이며, 이제 차량에서 전력망으로 확장하고 있다.
GM이 만드는 모든 개선은 EV와 에너지 저장 모두를 지원하는 개발 스택을 강화한다.
EV를 위한 LMR과 같은 획기적인 화학으로 이를 해냈으며, 나트륨 이온을 발전시키는 데 동일한 전문성을 적용할 것이다. 여기에는 올해 월리스 배터리 셀 이노베이션 센터(Wallace Battery Cell Innovation Center)에서 정치형 저장을 위해 특별히 제작된 나트륨 이온 셀을 시제작하는 것이 포함된다.
이제 GM은 차세대 저장에 투자하는 동안 광범위한 저장 솔루션 포트폴리오로 단기 그리드 수요도 지원하고 있다.
LG에너지솔루션과의 얼티엄 셀(Ultium Cells) 합작 투자를 통해 빠르게 움직이고 있다. 얼티엄 셀은 이번 달 안에 LG에너지솔루션의 상업용 에너지 저장 사업을 위한 LFP 배터리 생산을 시작할 것이다. 이는 기존 입지와 제조 노하우를 활용하여 전력망에 에너지 저장 솔루션을 신속하게 제공하는 방법을 보여준다.
재활용된 GM EV 배터리는 이미 오늘날 에너지 저장 시스템에서 작동하고 있다. 레드우드 머티리얼스(Redwood Materials)와 함께 네바다주 스파크스(Sparks)의 크루소(Crusoe) AI 데이터 센터를 포함한 에너지 인프라에 약 1만 개의 GM 배터리를 배치하고 있다.
내년부터 자체 미시간 공장 중 하나에 세컨드 라이프 배터리 팩을 배치할 계획이다. 이곳에서 약 100개의 팩이 7.2MWh의 디스패치 가능 에너지를 제공하고 설치 수명 동안 300만 달러 이상의 지역 전기 비용을 절감할 것으로 예상된다.
이 모든 것은 오늘날 존재하는 수요를 충족하는 데 도움을 주기 위해 신속하게 움직이는 것이며, GM은 제조 스크랩 재활용부터 이제 ESS로 세컨드 라이프 배터리를 배치하는 것까지 전체 배터리 라이프사이클에서 레드우드와 파트너십을 맺은 첫 번째 자동차 제조사가 됐다.
GM에서 산업을 리드하기 위한 인재, 기술 역량, 인프라와 함께 미국에서 깊은 배터리 전문성을 구축했다. 이제 그 리더십을 차량을 넘어 전기 그리드 자체로 확장하고 있다.
이것을 제대로 해낸다면 단순히 더 나은 배터리를 만드는 것이 아니라, 더 회복력 있고, 더 저렴하며, 더 유연한 에너지 미래를 창출하는 데 도움을 줄 것이다.