글로벌 전기 자동차 판매는 꾸준히 증가하고 있으며, 순수 전기 모델은 이미 신차 판매의 약 5분의 1을 차지하고 있습니다. 조용하고 편안하며 차량 비용이 저렴하고 배기가스 배출이 없어 대부분의 차량 소비자의 핵심 요구 사항을 충족했습니다. 그러나 높은 차량 가격은 여전히 ​​​​많은 잠재 구매자를 방해합니다. 많은 주류 서구 자동차 회사들은 최근 전기차 생산 확대 계획을 낮추거나 연기했습니다. 실제 비용 병목 현상은 여전히 ​​배터리 자체에서 발생합니다.

배터리는 전기차 전체 원가에서 약 40%를 차지하며, 이 중 약 70%는 원자재에서, 나머지 30%는 제조 과정에서 나온다. 이로 인해 엔지니어는 동시에 두 가지 경로를 연구해야 합니다. 한편으로는 인산철리튬 및 삼원계(니켈 망간 코발트)와 같은 배터리 화학 시스템을 지속적으로 개선합니다. 반면에 그들은 분말을 전극으로 바꾸는 생산 공정 자체를 "운영"합니다. 집전체, 에너지 밀도 등을 중심으로 한 소재 연구개발이 계속해서 발전하고 있지만, 대부분의 배터리 공장에서 전극을 만드는 기본 공정은 수십 년 전과 크게 다르지 않습니다.

현재 지배적인 '습식코팅' 공정은 활성분말과 유독성 용제를 슬러리에 섞어 금속박 위에 고르게 코팅한 뒤 축구장만큼 긴 건조로에 보내 반복 건조하는 방식이다. 연간 약 50GWh의 셀을 생산하는 배터리 공장(약 100만 대의 전기 자동차 수요를 충족할 수 있음)은 건조 공정에만 약 50MW의 지속적인 전력 공급이 필요할 수 있습니다. 전력 수요는 수만 가구에 맞먹는다. 이러한 높은 에너지 소비, 자본 투자 및 환경 비용은 글로벌 '슈퍼 팩토리' 건설 물결에 따라 선형적으로 증폭될 것이며, 수년 동안 중국 경쟁사에 뒤쳐져 있던 유럽과 미국 자동차 회사들이 점점 더 견딜 수 없게 될 것입니다.

이러한 맥락에서 "건식 전극" 제조는 실험실 중심에서 공장 중심으로 이동하고 있습니다. 이론적으로 코팅 공정에서 용제를 완전히 제거하면 운영 비용과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며 공장 설치 공간도 줄일 수 있습니다. 그러나 실제 생산에서 건식 공정은 오랫동안 기술적인 어려움을 겪어 왔습니다. 입자를 분산시키고 결합시키는 데 도움이 되는 액체 매질이 없으면 분말의 균일한 혼합과 안정적인 접착을 달성하기가 어렵습니다. 고속 생산 라인에 열과 마찰이 가해지면 민감한 소재가 쉽게 손상되어 전극 균열, 탈락 등의 문제가 발생합니다.

많은 기업에서는 생산 라인에서 건조 오븐과 독성 용매를 제거하는 동시에 전기화학적 성능을 유지하거나 개선하기 위해 이러한 공정 병목 현상을 해결하기 위해 다양한 방법을 시도하고 있습니다. 영국 브리스톨에 본사를 둔 Anaphite는 고른 분산을 고려하면서 최종 형태를 인쇄 가능한 건조 분말로 전환하려는 소위 "건식 코팅 전구체" 기술을 제안했습니다. 이 방법은 먼저 저독성 용매를 사용하여 전극 재료를 완전히 분산시킨 다음 코팅하기 전에 기계적으로 용매를 제거하여 궁극적으로 자유 흐름과 필름 형성이 가능한 분말을 얻는 것입니다.

이 유형의 분말은 형태가 "동적 모래"와 다소 유사합니다. 입자로서 자유롭게 흐르지만 압력을 가하면 연속적이고 유연한 필름을 형성할 수 있습니다. 제조 과정에서 압력을 가해 매끄러운 전극층으로 변모하고, 집전체 금속박에 견고하게 부착되어 기존 건식 방식에서 흔히 발생하는 접착 및 균열 문제를 해결합니다. Anaphite가 공개한 데이터에 따르면, 코팅 단계에서 장거리, 고에너지 소비 건조 오븐을 제거함으로써 해당 시스템은 코팅 관련 에너지 소비를 약 85% 줄일 수 있습니다. 보다 단순화된 장비 구성을 통해 전체 셀 생산 비용은 최대 약 40%까지 절감될 것으로 예상되며, 수율 및 성능 지표를 희생하지 않으면서 공장 바닥 공간도 약 15%까지 줄일 수 있습니다.

캘리포니아 산호세에 위치한 Sakuù는 완전히 다른 무용제 경로를 택했습니다. Kavian 제조 플랫폼은 슬러리 단계를 완전히 건너뛰고 열과 압력을 직접 사용하여 건조 분말을 금속 호일에 "소결"합니다. 이는 "깨끗한" 케이크 장식 및 레이저 인쇄의 조합과 다소 유사합니다. 이 아키텍처는 배터리 화학 시스템에 대해 "중립"되도록 설계되었으며, 생산 라인에서는 재설계 없이 재료 "카트리지"를 변경하여 인산철리튬, 삼원계, 심지어 미래에 나타날 수 있는 다양한 새로운 공식까지 인쇄할 수 있습니다.

파일럿 프로젝트에서 Sakuù는 이 건식 인쇄 솔루션이 생산 과정에서 이산화탄소 배출을 약 55% 줄이고, 공장 면적을 약 60% 줄이며, 유틸리티 비용을 절반 이상 줄일 수 있다고 말했습니다. 또한 중요한 점은 하드웨어가 모듈형의 컴팩트한 디자인을 채택하고 있으며 장치 크기가 차고와 같은 공간에 들어갈 만큼 작을 수 있다는 것입니다. 기업은 대규모 중앙 집중식 공장을 한꺼번에 구축할 필요 없이 모듈을 추가하거나 빼서 생산 능력을 확장할 수 있습니다. 이러한 모듈식 아이디어를 통해 자동차 회사와 배터리 공급업체는 자동차 공장에 가까운 생산 능력을 보다 유연하게 배치하거나 더 작고 분산된 단위로 점진적으로 생산을 확대할 수 있을 것으로 예상됩니다.

이러한 건식 전극 공정이 예상 규모로 구현될 수 있다면 전기 자동차의 성능과 경제성 사이의 연관성이 더욱 강화될 것이며 이는 기존 공정의 미세 조정이 비교할 수 있는 수준을 훨씬 뛰어넘습니다. 즉각적 토크, 조용한 실내, 낮은 사용 비용 등 높은 에너지 밀도와 저렴한 배터리 셀을 기반으로 전기 구동 자체의 장점을 중첩함으로써 전기 자동차 시장은 정부 보조금이나 소수의 초기 사용자의 열정보다는 단순한 가격과 가치 논리에 더 많이 의존할 수 있을 것입니다.