퀀텀스케이프가 2025년까지 전고체 배터리를 양산해 폭스바겐에 납품할 계획이다. 이를 위해 분리막 공정을 개선하고 배터리 기술 개발에 집중하고 있다. 퀀텀스케이프의 전고체 배터리 기술이 기존의 리튬인산철(LFP) 및 니켈·망간·코발트(NMC) 배터리에 적용되면 에너지밀도가 2배가량 향상될 전망이다.

아심 후사인 퀀텀스케이프 최고마케팅책임자(CMO)는 17일 인터배터리 2022의 부대 행사인  '더배터리컨퍼런스 2022'에서 '퀀텀스케이프의 리튬-메탈 배터리 시장 진출 전략'란 주제강연에서 이같이 밝혔다.

후사인 CMO는 폭스바겐과의 합작사 QS-1을 통해 2025년 20기가와트시(GWh) 규모 전고체 배터리를 생산해 폭스바겐에 납품할 계획이라고 말했다.

후사인 CMO는 퀀텀스케이프의 기술로 배터리의 에너지밀도를 2배가량 증가시킬 수 있다고 말한다. 퀀텀스케이프의 기술로 LFP 배터리 에너지밀도를 기존 300Wh에서 600Wh 수준으로 개선할 수 있다는 주장이다.

또, LFP배터리와 비교해서 에너지밀도가 높지만 가격이 비싼 NMC 배터리도 에너지밀도를 기존의 600Wh 수준에서 1000Wh로 높이고 비용은 낮출 수 있다고 덧붙였다.

퀀텀스케이프가 에너지밀도를 크게 높일 수 있는 이유는 독자적인 배터리 설계 방식 때문이다. 퀀텀스케이프의 전고체 배터리는 음극재가 없다. 음극재의 역할을 고체 상태의 분리막 위에 형성된 리튬메탈층이 대신한다.

기존의 리튬이온 배터리는 양극재·음극재·분리막·전해질로 구성돼 있다. 배터리 내부의 리튬 원자가 음극과 양극을 오가며 충/방전이 이루어진다. 퀀텀스케이프 배터리는 음극재가 필요 없어서 그만큼의 공간을 다른 물질로 채워 에너지밀도를 끌어올릴 수 있다는 것이 퀀텀스케이프의 설명이다.

퀀텀스케이프는 이런 방식이 여러 장점을 가진다고 말한다. 우선, 음극재를 만들지 않아서 음극재 생산 라인이 필요 없다. 기존 음극재의 재료인 흑연이나 실리콘이 차지했던 공간을 제거해 에너지 밀도를 50~80%가량 높일 수 있다. 고속 충전이 가능하다. 음극재로 인한 부정적인 화학 반응도 일어나지 않아 배터리 수명이 늘어난다. 또, 퀀텀스케이프의 고체 분리막은 가연성이 없어 화재에도 안전하며 생산 비용을 절감할 수 있다는 주장이다.

퀀텀스케이프는 배터리 셀을 다층 레이어 구조로 개발하고 있다고 밝혔다. 퀀텀스케이프의 배터리 셀은 고체 상태의 분리막 양쪽 측면에 양·음극용 집전체가 나누어져 있다. 퀀텀스케이프는 이 배터리 셀을 겹쳐서 2스택으로 만들었다. 퀀텀스케이프는 4층, 10층, 16층 셀 적층 방식을 개발했다고 밝혔다. 퀀텀스케이프는 레이어의 층수에 관계없이 단층 셀과 거의 동일한 성능(프로파일)을 낼 수 있다고 말한다.

후사인 CMO는 "우리는 분리막 공정을 개선하고 배터리 기술 개발을 완료하는 것에 모든 노력을 기울이고 있다"며 "대량생산 역량과 프로세스를 개발하고 이를 기가팩토리로 확장할 예정"이라 말했다.

한편, 퀀텀스케이프는 지난 2010년 설립한 미국 전고체 배터리 스타트업이다. 본사는 캘리포니아 산호세 지역에 있다. 전고체 배터리 기술 관련 200여건 이상의 특허를 보유중이다. 폭스바겐이 전략적투자자(SI)로 있다. 폭스바겐과의 합작사(JV) QS-1을 통해 20기가와트시(GWh) 규모 전고체 배터리 공장을 건설 중이다.

후사인 CMO는 분산발전솔루션 업체 블룸에너지의 상업전략/고객경험 및 마케팅/고객경험 부문 부사장으로 근무했다. 버지니아대학 매킨타이어스쿨(MBI 과정) 졸업 후 하버드 경영대학원 석사 학위를 취득했다.