메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)의 도로 및 레이스트랙 엔지니어들과 팩토리얼 에너지의 셀 엔지니어들이 협력하여 전례 없는 전고체 배터리(all-new solid-state battery) 테스트 프로그램을 개발했으며, 이를 통해 리튬-메탈 고체 전해질 배터리(lithium-metal solid-state battery)를 탑재한 최초의 차량이 도로에 선보이게 되었다.
메르세데스 AMG 고성능 파워트레인(HPP, Mercedes AMG High Performance Powertrains)는 메르세데스-벤츠 그룹의 100% 자회사로 업계 최고의 포뮬러 1 기술을 전문으로 하는 이 기업과 메르세데스-벤츠 배터리 시스템 역량 센터가 완전히 새롭고 혁신적인 배터리 시스템을 설계 및 개발했다.
HPP는 레이스트랙에서의 우수성 외에도 F1 기술과 노하우를 고성능 자동차 프로젝트로 신속하게 이전할 수 있는 능력을 갖추고 있다.
다양한 테스트 벤치에서의 집중적인 테스트 후, 2024년 말 프로토타입 전고체 배터리가 EQS에 통합되었다.
메르세데스-벤츠의 이 전기차는 전고체 배터리를 장착할 수 있도록 약간 수정되었으며 배터리 작동에 필요한 모든 액세서리가 장착되었다.
2025년 2월에 시작된 도로 테스트를 준비하기 위해 이미 2024년 말 슈투트가르트(Stuttgart)에서 첫 실험실 차량 테스트가 실시되었다.
메르세데스-벤츠 그룹 AG 이사회 멤버이자 최고기술책임자(CTO)인 마커스 쉐퍼(Markus Schäfer)는 “자동차 규모의 전고체 배터리를 개발하는 것은 혁신과 지속가능성에 대한 우리의 의지를 강조한다. 따라서 우리는 이 첨단 기술을 장착한 프로토타입 차량으로 도로 테스트를 시작했다는 것을 발표하게 되어 기쁘다. 우리는 이 최첨단 배터리 기술의 가능한 시리즈 통합에 대한 중요한 통찰력을 얻을 것이다”라고 말했다.
EQS에 적용된 전고체 배터리 기술
전고체 배터리는 전기 모빌리티에서 유망한 기술이다. 이는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 셀 안전성을 향상시키고 리튬 메탈과 같은 새로운 양극 사용을 가능하게 하여 기존 리튬 이온 셀보다 크게 성능을 향상시킨다.
또한 리튬-메탈 양극과 결합하여 차세대 에너지 밀도를 가능하게 한다. 고체 전해질 기술은 차량 배터리의 중량당 에너지 밀도를 셀 레벨에서 최대 450Wh/kg까지 증가 시켜 주행 거리를 늘릴 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
중량당 에너지 밀도는 단위 질량당 배터리 셀에 저장된 에너지량을 의미한다. 이 지표는 특히 전기 자동차와 같이 무게가 중요한 요소인 응용 분야에서 배터리 셀의 효율성과 성능을 평가하는 데 중요하다. 전고체 배터리 기술은 셀 안전성을 향상시키면서 배터리 무게를 줄인다.
팩토리얼 에너지(Factorial Energy)의 CEO이자 공동 창업자인 시유 황(Siyu Huang)은 “리튬 메탈 전고체 배터리를 양산 차량 플랫폼에 처음으로 성공적으로 통합한 것은 전기 모빌리티에서 역사적인 성과다. 이 획기적인 발전은 고체 전해질 배터리 기술이 실험실을 넘어 실제 응용 단계로 발전했으며, 전체 자동차 산업에 새로운 기준을 세웠음을 보여준다. 메르세데스-벤츠와의 협력은 전기 자동차의 미래가 단순한 비전이 아니라 우리가 오늘날 제공하고 있는 현실임을 증명한다”라고 말했다.
HPP의 모터스포츠 전문가들과 함께, 메르세데스-벤츠 배터리 시스템 역량 센터는 도로 테스트를 위해 차량에 통합될 수 있는 팩토리얼의 셀이 장착된 프로토타입 전고체 배터리를 개발했다.
메르세데스-벤츠의 전고체 배터리는 이미 특허를 받은 혁신적인 플로팅 셀 캐리어를 특징으로 한다. 배터리가 충전될 때 재료가 팽창하고 방전될 때 수축한다.
전고체 셀의 부피 변화는 충전 및 방전 중 배터리 내부 재료의 팽창 및 수축을 의미한다.
이러한 부피 변화 중에 셀을 지원하기 위해 메르세데스-벤츠 전고체 배터리(Mercedes‑Benz solid-state battery)에는 충전 및 방전 중 셀 부피 변화와 상호 작용하는 공압 액추에이터가 장착되어 있으며, 이는 배터리의 성능과 수명에 영향을 미친다.
EQS 기반 차량에 장착된 전고체 배터리는 동일한 배터리 무게와 크기의 표준 EQS 배터리 대비 최대 25% 더 많은 주행 거리를 제공한다.
수동 배터리 냉각을 통해 추가적인 무게 및 에너지 효율성을 달성했다. 개발 차량은 1,000km 이상의 주행 거리를 가질 것으로 예상된다.
향후 몇 개월 동안, 메르세데스-벤츠는 광범위한 실험실 및 도로 테스트를 통해 전고체 배터리와 전기 자동차에서의 전반적인 성능을 추가로 테스트할 예정이다.
메르세데스-벤츠는 2021년 새로운 세대의 배터리 기술을 개발하기 위해 팩토리얼과 협력했다. 2024년 여름, 팩토리얼은 자사의 독점 FEST®(Factorial Electrolyte System Technology) 고체 전해질 플랫폼이 적용된 리튬-메탈 전고체 배터리 셀을 메르세데스-벤츠에 공급했으며, 이는 글로벌 OEM에 최초로 공급된 리튬 메탈 전고체 배터리 B 샘플이었다.