퀀텀스케이프, 50% 주가 상승 이유?

퀀텀스케이프 거래량을 동반한 폭팔적인 주가 상승

퀀텀스케이프, 어떤 기업 일까요?

퀀텀스케이프는 전기차용 고체 상태 리튬 금속 배터리를 개발하는 미국 기업입니다. 캘리포니아 주 산호세에 본사가있으며, 약 850명의 직원을 고용하고 있습니다.

재무 구조에 대해 살펴보면, 2023년 9월 30일기준 분기 결산에서 총 자산 1.57B USD, 현금 및 단기 투자 1.13B USD, 총 부채 152.75M USD의 자산을 가지고 있습니다.

아울러, 이 기간 동안 회사의 순이익은 -110.62M USD로 아직은 손실을 기록하고 있습니다..

퀀텀스케이프의 주요 주주는 독일의 자동차 제조업체인 폭스바겐과 마이크로소프트의 창립자인 빌 게이츠로 알려져 있습니다.

깜짝 놀랄 발표

폭스바겐은 1월 4일 자사 홍보 페이지를 통하여 아래와 같은 성공적인 실험결과를 발표했습니다.

고체 상태 셀(전고체배터리)은 미래의 기술이며 배터리 개발의 다음 큰 단계입니다. 이 기술은 더 긴 주행 거리, 더 짧은 충전 시간, 최대한의 안전성을 약속합니다. QuantumScape은 최근 중요한 이정표에 도달했으며, 이는 이제 PowerCo에 의해 확인되었습니다: 그들의 전고체배터리는 A-샘플 테스트의 요구 사항을 크게 초과하여 성공적으로 1,000회 이상의 충전 주기를 완료했습니다. WLTP 범위가 500-600 킬로미터인 전기 자동차의 경우, 이는 총 주행 거리가 50만 킬로미터 이상임을 의미합니다. 동시에, 배터리는 거의 열화지 않았으며 시험 시점에도 여전히 95%의 용량을 가지고 유지하고 있었습니다. 몇 개월 동안 진행된 이 테스트는 PowerCo의 배터리 연구소에서 수행되었습니다.

차세대 배터리라 알려져 있는, 그래서 아직은 실험실 안에서만 동작한다던 전고체 배터리의 성공적인 시험 결과였습니다!

이게 뭐가 중요한가요?

보통 전기자동차에 사용 되는 배터리(리튬이온)는 일반적으로 3000회에세 5000회의 충전주기를 가지고 있다고 이야기 합니다.

그정도 쓰고 나면 오래된 휴대폰처럼 배터리를 바꿔야 된다는 이야기이죠.

그러면 1000번 충전 주기의 시험결과를 가지고 이렇게 대대적으로 홍보를 할 필요는 없을 것 같습니다.

그러나, 폭스바겐사의 발표에 따르면, 보통 이 정도 개발 단계에 있는 배터리는 700번의 충전 주기와 그리고 남아있는 용량이 80%정도면 성공단계라고 언급하고 있습니다.

이런 기준으로 비교해 볼 때, 상용차에 적용할 기준을 뛰어넘는 시험 결과를 보여 주었다는 이야기이죠.

아울러 전고체 배터리가 다음세대의 배터리로 주목을 받던 이유는 안정성에 있습니다. 리튬이온배터리는 성능이 좋긴 합니다만 화재가 발생하는 경우 치명 적입니다.불을 끄는게 거의 불가능 할 정도로 알려져 있습니다.

참고로 A-sample test는 배터리 개발 과정에서 사용되는 용어로, A-sample이란 초기 프로토타입을 의미합니다. WLTP범위는 경량차량 시험방법에 대한 글로벌 표준으로 주행거리에 대한 추정치를 결정하는 기술 규격입니다.

어 대한민국은 2차전지, 배터리 강국 아니었나요?

우리나라 대표 전고체 배터리 선두 기업

우리나라에도 이런 전고체 배터리 개발의 세계적인 기업이 있습니다. 바로 삼성 SDI이죠.

전고체 배터리는 전기차 성능을 크게 끌어올릴 수 있는 차세대 배터리 기술로 주목받고 있습니다.

이 배터리는 현재 일반적으로 사용 되는 리튬이온 배터리보다 크기와 무게, 가격을 이론상 절반 가까이 줄이고 주행거리는 크게 늘릴 수 있습니다.

삼성 SDI는 2013년부터 전고체 배터리 기술 계획을 공개 하였고, 2020년에는 상용화를 위한 전고체 배터리 소재 개발에 본격적으로 착수하였습니다.

2020년 3월에는 삼성전자 종합기술원이 1회 충전으로 800km 주행과 1,000회 이상의 충방전이 가능한 전고체 배터리 원천기술 개발에 성공하였습니다.

이 기술은 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지’에 게재 되었습니다.

삼성 SDI의 핵심 기술

고체 전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머 3가지 종류로 나눌 수 있습니다.

1. 황화물계 전해질은 전극과 전해질 간의 계면을 넓게 형성할 수 있어 리튬 이온 전도도가 높은 특징을 갖고 있습니다.
2. 산화물계 전해질은 황화물 계보다는 리튬 이온 전도도가 낮은 편이지만, 전기화학적 안정성이 우수합니다.
3. 폴리머계 전해질은 기존 액체 전해질 기술과 유사해 활용도가 높고, 제조 공정도 비슷하기 때문에 비용 경쟁력을 갖추고 있습니다.
   • 이러한 고체 전해질은 배터리의 안정성을 높이고, 에너지 밀도를 증가시키는 데 중요한 역할을 합니다.
   • 이들은 리튬 이온의 통로로서 작용하며, 이온 전도도를 높이기 위해 전해질과 양 극판의 접촉을 최대화하고 접촉면에서의 저항을 최소화하는 것이 중요합니다.

삼성 SDI는 황화물계 전해질을 적용한 전고체 배터리를 개발 중이며, 이를 통해 에너지 밀도가 높은 전고체 배터리를 개발하고 있습니다.

특히, 삼성 SDI는 고체 전해질 설계와 합성에 성공해 전고체 전지 시제품을 만드는 등 기술 개발을 선도해 왔습니다.

아울러, 네이처 에너지에 게재된 논문에 의하면 자체 전해질 물질외에 전극과 전해질 사이의 접촉을 개선하기 위한 가열 등압 프레싱 기술도 소개되었습니다.

퀀텀스케이프 그들이 주장하는 핵심기술

오토이볼루션 사이트에 따르면, 퀀텀스케이프사의 핵심 기술은 그들의 자체 기술인 고체 전해질에 있습니다. 이는 테이프 캐스팅 기술로 알려져 있습니다.

1. 테이프 캐스팅은 1940년대에 개발된 기술로, 분말과 액체 바인더를 혼합하여 슬러리라는 점성이 높은 액체를 만들고, 이를 긴 캐리어 표면에 코팅하여 인간의 머리카락보다 얇은 테이프 형태로 만드는 공정입니다.
2. 이러한 테이프 형태는 세라믹 재료가 유연한 물적 특성을 가질 수 있도록 하며, 균열에 강한 구조로 존재 할 수 있게 됩니다.
3. 슬러리가 테이프 형태로 만들어지면, 가마에서 연속적인 공정의 흐름을 통하여 건조되고 가열됩니다.
4. 이 공정을 통해 퀀텀스케이프는 액체에 대한 내성, 화학적 및 열적 안정성, 결정 구조, 높은 전도성, 그리고 유연 하면서도 내구성이 있는 재료를 얻게 된다고 사이트는 설명하고 있습니다. 배터리내의 리튬이온이 이 물질을 통과하여 리튬메탈 양극재를 형성하게 됩니다.
5. 배터리가 초기에 제조될 때, 음극재 쪽에만 리튬이 있도록 제조하고, 실제 충전 과정에서 이온이 이동하여 위의 세라믹 분리막의 반대쪽에 모이게 됩니다. 이것이 리튬 금속 양극재가 형성되는 원리입니다.

논문 초록에 따르면 삼성 SDI는 황화물과 그 위에 은-탄소 계층을 조합한 고체 전해질을 특별한 공법을 통하여 전극에 붙이는 방법으로 솔루션을 찾은 것으로 보입니다.

이와는 달리 아직 퀀텀스케이프사는 세라믹 기반이라는 것만이 알려져 있을 뿐 구체적으로 어떤 화학 성분이 사용 되었는지에 대해서는 공개되지 않았습니다.

퀀텀스케이프의 주가 폭등의 원인은 그 동안 연구수준에 머물러 있던 퀀텀스케이프의 전고체 배터리가 폭스바겐 그리고 PowerCo의 협업을 통해 그 성능이 입증된 기사때문이라고 할 수 있겠습니다.

그러나 홍보자료에서도 나와 있듯이 상용화에 필요한 대량생산, 그리고 경제성을 달성할 수 있는 수율등의 공정기술은 아직 개발 진행 중인것으로 보아야 할 것 같습니다.

액체전해질을 사용하는 기존 2차전지 대비 전고체 배터리의 장점

기존의 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리대비 전고체 배터리의 장점은 아래와 같이 알려져 있습니다.

1. 안전성
   • 전고체 배터리는 액체 전해질이 없기 때문에 온도 변화나 외부 충격에 의한 화재나 폭발의 위험이 적습니다.
   • 분리막이 필요 없어서 구조가 단순하고 내구성이 높습니다.
2. 에너지 밀도
   • 전고체 배터리는 리튬 금속 양극재를 사용할 수 있어서 에너지 밀도가 높습니다.
   • 이는 배터리의 용량을 늘리고, 주행 거리를 연장하며, 충전 시간을 단축할 수 있습니다.
3. 사용 온도
   • 전고체 배터리는 고체 전해질이 0℃ 이하의 저온이나 60~100℃ 고온 에서도 전도 성능이 향상된다고 알려져 있습니다.
   • 이는 배터리의 작동 범위를 넓히고, 환경적으로 유리합니다.

삼성SDI 전고체배터리 사업 현황

삼성SDI도 전고체배터리 2027년까지 상용화를 목표로 하고 있습니다.

이를 위해 삼성SDI는 지난 4일 정기 조직 개편을 통해 중대형전지사업부 내 ASB (All Solid Battery) 사업화 추진팀을 신설하고, 국내 배터리 업계 최초로 전고체배터리 파일럿 라인인 ‘S라인’을 구축 했으며, 현재 다수의 완성차 제조사와 협의를 하는등 사업화에 노력을 하고 있습니다.

2차전지에서 세계적으로 경쟁력을 인정받은 기술력을 전고체 배터리라는 새로운 영역에서도 성공하여 배터리 산업이 반도체 이후 차세대 성장산업으로 성장할 수 있는 단단한 기반이 마련되었으면 합니다.