Mass-Produce Solid State Batteries with Sakuu 3D Printers
새쿠, 3D프린터로 전고체 배터리 양산
2021년 07월호 지면기사  /  글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

photo by Alfred Hofer Dreamstime.com

적층제조 기술기업 새쿠는 최근 그들의 새로운 복합재료, 멀티-프로세스 적층제조 플랫폼이 전기차의 배터리 성능, 비용 문제를 해결하면서 리튬배터리 대비 50% 더 적은 재료로 동일 공간서 최대 두 배의 에너지 용량을 제공하는 전고체 배터리 양산을 가능하게 할 것이라고 밝혔다. 이 혁신적인 플랫폼이 올 4분기 출시된다. 로베르트 바게리 CEO와 간단한 이야기를 나눴다.

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr









멀티-프로세스 적층제조 기술기업 새쿠(Sakuu Corporation, 이전 KeraCel)가 최근 전고체 배터리를 위한 혁신적인 산업용 3D 프린터를 발표했다. 전고체 배터리를 위한 새쿠의 독특한 3D 프린팅 프로세스가 완벽하게 작동한다면, 비용, 성능, 지속가능성 및 주행거리란 전기차의 핵심 요구사항을 해결하고, 차세대 배터리로 점찍은 전고체 배터리의 양산문제를 극복함으로써 e모빌리티의 미래를 앞당길 것이다. 또한 산업 규모의 ‘로컬’ 배터리 양산을 가능케 해 제조업체와 소비자 신뢰도를 높일 것이다. 


전고체 배터리  
  
“새쿠는 최근 전고체 배터리의 핵심 전구체(precursor)인 활성 구성요소를 생성하는 장치의 단일 레이어에서 금속과 세라믹을 성공적으로 결합할 수 있음을 입증하는 검증 플랫폼을 완료했습니다.” 

새쿠의 로베르트 바게리(Robert Bagheri) CEO가 말했다. 미 캘리포니아주 새너제이에 본사를 둔 새쿠는 약 8,000억 달러(890조 원) 규모의 미래 디지털 제조혁신 시장에 대한 적층제조 기술 혁신에 전념하는 기업이다. 그들의 적층제조 플랫폼은 항공우주, 자동차, 가전, IoT, 의료 등 다양한 분야에서 미래 가능성을 엿보고 있다. 회사의 재료과학, 전기화학, 기계공학 역량을 결합해 세라믹, 금속, 폴리머 조합을 사용해 배터리, 미세유체(microfluidic) 장치, 기타 컴포넌트를 포함한 기능성 오브젝트를 생산할 수 있는 적층제조 플랫폼을 개발, 제공하는데 주력하고 있다.  

일본의 주요 자동차 부품 공급업체 중 하나인 무사시 세이미츠(Musashi Seimitsu)가 지원하는 새쿠의 이번 혁신은 리튬이온 배터리 대비 절반의 크기, 1/3 중량으로 동일한 에너지 용량을 갖는 전고체 배터리를 3D 프린터로 빠르면서 대량으로 생산하는 기술이다. 또, 여기서 회사의 전고체 배터리 브랜드인 ‘케라셀(KeraCel™)은 향상된 안전성과 지속가능성의 이점을 제공할 뿐만 아니라, 리튬이온 배터리와 동일한 에너지 수준을 달성하는데 있어 조달 재료를 약 30%~50% 적게 사용함으로써 생산 비용을 크게 절감케 한다. 케라셀™ 전고체 배터리는 재료 요구량이 종전의 절반에 불과하고 기존 방법으로 세라믹과 금속의 재활용성을 보장하는 ‘파우더 투 파우더(powder-to-powder™) 프로세스’를 통해 지속가능성 측면에 기여한다. 흑연을 추출할 필요가 없으며 폴리머가 없어 매립지에 소각 또는 매몰할 필요도 없다. 

바게리 CEO는 “전고체 배터리는 에너지 밀도가 높고 가연성 액체가 없어 본질적으로 더 안전합니다. 특히 세라믹 고체 배터리는 e모빌리티 시장의 에너지 밀도 요구를 충족시키기 위해 제조에서 매우 얇은 층이 필요한데, 여기서 새쿠의 적층제조 기술이 전고체 배터리를 실험실에서 양산으로 전환하는 중추적 역할을 할 것입니다”라고 말했다. 




전고체 배터리 브랜드인 ‘케라셀(KeraCel™)은 향상된 안전성과 지속가능성의 이점을 제공할 뿐만 아니라, 리튬이온 배터리와 동일한 에너지 수준을 달성하는데 있어 조달 재료를 약 30%~50% 적게 사용함으로써 생산 비용을 크게 절감케 한다.  새쿠의 멀티-적층제조 기술은 두꺼우면서 부서지기 쉬운 세라믹 레이어와 불량 인터페이스로 특징지어지는 저에너지 밀도 고체 배터리란 기존 대안들의 문제를 제거하며, 얇은 단일 레이어와 완벽한 인터페이스를 갖춘 고에너지 밀도의 전고체 배터리를 제공한다.  


시간당 180 CC 양산   

이 마일스톤은 전적으로 새쿠가 설계하고 개발한, 세계 최초이자 유일한 복합소재, 멀티-프로세스 3D 프린터인 ‘Sakuu AM Platform’에 의해 가능해진다. 이는 산업이 요구하는 속도로 복잡한 기능장치를 빌드할 수 있다. 

새쿠의 멀티-적층제조 기술은 파우더 베드와 분사 재료 증착을 혼합하고 단일 레이어 기능에서 완전히 다른 재료들을 사용한다. 프로세스는 세라믹과 금속은 물론, 새쿠의 독점적인 재료인 폴라라이트(PoraLyte™)를 결합해 부품 오버행의 제한을 없애고 내부 채널, 빈 부분이 있는 기기를 더 쉽고 빠르게 만들 수 있다. 그 결과, 대량생산에 적합하지 않고, 두꺼우면서 부서지기 쉬운 세라믹 레이어와 불량 인터페이스로 특징지어지는 저에너지 밀도 고체 배터리란 기존 대안들의 문제를 제거해 얇은 단일 레이어와 완벽한 인터페이스를 갖춘 고에너지 밀도의 전고체 배터리를 제공한다.

“전기차에 대한 소비자 채택을 변화시킬 수 있습니다. 전고체 배터리는 성스러운 기술이지만 만들기 어렵고 비용도 많이 듭니다. 우리는 확장 가능한 고유한 적층제조 프로세스의 유연성과 효율성 향상 기능을 활용해 배터리 제조업체와 EV 기업이 근본적인 문제를 극복할 수 있도록 지원합니다.” 

새쿠의 초점은 소형 폼팩터, 저중량, 개선된 에너지 용량의 이점이 명백하고 바람직한 2, 3륜, 소형 4륜 전기차 시장이다. 여기서 적층제조 프로세스의 민첩성은 고객이 필요에 따라 다양한 배터리 종류와 크기로 쉽게 생산을 전환할 수 있게 한다. 예를 들어, 같은 공간에서 두 배의 에너지를 얻거나 절반의 공간에서 동일한 에너지를 얻을 수 있다.

“초기 플랫폼은 시간당 180 CC의 볼륨을 생산할 수 있습니다. 새쿠의 초기 하드웨어 제품용 알파(Alpha) 플랫폼은 올 4분기 출시될 예정입니다.” 바게리 CEO가 말했다. 


배터리를 넘어   

이 기술의 선택은 적층제조 플랫폼이 제공하는 더 넓은 기회, 더 효율적인 제조 운영과 더 짧은 서플라이체인을 추진하는 데 도움이 되는 온디멘드 로컬라이제이션(on-demand, localized production)의 혜택도 준다. 

바게리 CEO는 “새쿠 플랫폼은 가능한 현지에서 조달된 원자재를 사용한다는 개념을 기반으로 합니다. 플랫폼은 본질적으로 디지털 적층제조 플랫폼이어서 서플라이체인을 최소화하고 현지화하기 위해 서플라이어나 마켓 인근에 전개할 수 있습니다”라고 말했다.

새쿠의 3D 프린터 특성은 여러 산업 분야의 다양한 애플리케이션에도 쉽게 적용될 수 있다. 에너지 스토리지를 넘어 진정한 복합재료의 단일 레이어 프린팅 기능은 복잡한 엔드 디바이스 시장에 대한 기존 3D 프린팅 플랫폼의 한계를 제거한다. 이에 따라 항공우주, 자동차용 센서 및 전기모터, 가전제품용 파워뱅크 및 히트싱크, IoT 내 PH, 온도 및 압력 센서, 의료용 병원체 감지기와 마이크로 유체 소자 등 잠재시장은 매우 다양하다. 

“새쿠는 우리가 알고 있는 일반적인 3D 프린터와 다릅니다. 이전까지 실제 세계와 동떨어졌던 적증제조 플랫폼과 달리 기술은 복잡한 엔드 기기 시장에 맞춰 민첩하고 비용 효율적인 대량생산을 가능케 하는 진정한 멀티 재료, 단일 레이어 프린팅 플랫폼입니다. 현재 우리의 주요 계획은 새쿠 적층제조 플랫폼을 상용화하고 배터리를 넘어 헬스케어와 같은 다른 시장을 다룰 수 있는 플랫폼을 위한 재료 세트를 계속해서 개발하는 것입니다. 고객이 꿈만 꾸던 것을 할 수 있게 될 것입니다.” [AEM]

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