GM 전기차 미래, 새로운 배터리와 이 건물에 달려 있다

출처: TechCrunch

디트로이트 외곽에 위치한 제너럴 모터스의 거대한 워렌 테크 센터 건축물 사이에 숨겨진 곳에, 자동차 제조업체가 전기차 미래에 걸어놓은 9억 달러 규모 베팅의 새로운 초석이 자리하고 있다.

흰색에 가까운 500,000평방피트 규모의 두 개 건물은 제너럴 모터스의 새로운 배터리 셀 개발 센터(Battery Cell Development Center)를 수용하고 있다. 겉보기엔 그저 평범해 보이지만, 그 안에는 GM이 전기차 비용을 거의 10% 절감하려는 계획의 핵심이 들어 있다.

일부 자동차 기업이 전기차 투자를 축소하고 있는 시점에, GM의 새로운 배터리 셀 개발 센터는 일종의 재시동 프로젝트다. GM은 TechCrunch에 이 시설을 통해 기존 계획보다 1년 빠르게 저비용 배터리를 시장에 선보일 수 있을 것이라고 밝혔다.

GM의 배터리 셀 개발 센터는 두 건물에 걸쳐 500,000 평방피트를 차지한다. 이미지 출처: GM

GM도 미국 전기차 시장의 침체에서 자유롭지는 않다. 지난해 이 기업은 전기차 생산 능력을 재조정하면서 16억 달러 손실을 기록했으며(Reuters 기사), 그 과정에서 수천 명의 직원을 해고했다(TechCrunch 기사). 또한 전형적인 전기 트럭·SUV 라인업의 리프레시를 일시적으로 보류한 것으로 알려졌다(Car and Driver 기사).

전기차 전략을 정상 궤도로 되돌리기 위해, GM 배터리·지속가능성 부사장인 커트 켈티(Kurt Kelty)는 새로운 배터리 화학물질인 LMR에 성공을 걸고 있다. 이전에 테슬라에서 배터리 기술을 이끌던 켈티는 입사 2년 차에 이 제품을 자신의 시그니처로 만들었다.

“이게 바로 우리의 핵심이 될 겁니다,” 라고 켈티는 TechCrunch와의 인터뷰에서 말했다. “우리의 주력 제품 라인이 될 겁니다.”

배터리 재부팅

GM의 전기차 출시 지연은 미국 배터리 산업 전체와 맞물려 있다. 지난 수십 년간 이 산업은 간헐적인 성장과 침체를 반복해 왔다. 초기 스타트업들은 기대에 미치지 못했고, 최근에는 중국 기업들의 치열한 경쟁이 자동차 제조사와 배터리 업체들에게 5년 전 수립한 계획을 재검토하도록 만들었다.

GM 내부에서는 이러한 압박이 현재 전기차에 적용되는 Ultium 배터리 플랫폼의 수명을 단축시키는 결과를 낳았다. 업계 전반과 마찬가지로, GM은 고가이면서도 높은 에너지 밀도를 자랑하는 NMC(니켈‑망간‑코발트) 화학물질에 크게 베팅했다. 원자재 가격 상승과 핵심 광물에 대한 중국의 지배가 전기차 가격을 예상보다 높게 유지시켰다. NMC가 사라지는 것은 아니지만, GM에서는 고급 차량에만 제한적으로 사용될 예정이다.

그 대신 GM은 LMR(리튬‑망간‑리치) 배터리를 개발 중이다. GM에 따르면 LMR은 NMC와 거의 동등한 에너지 밀도를 갖지만, 저가형 LFP(리튬‑인‑인산) 배터리와 비슷한 비용으로 생산할 수 있다. LFP는 Chevrolet Bolt와 같은 저가 모델에 적용된다.

GM이 지난해 LMR을 공개했을 때(TechCrunch 기사), Chevrolet Silverado EV와 같은 트럭에서는 400마일 이상의 주행 거리 대부분을 유지하면서 최소 6,000달러의 비용 절감 효과를 기대한다고 밝혔다. 중간급 모델이라면 가솔린 버전과 가격 차이가 거의 없을 정도다.

제너럴 모터스 월리스 배터리 셀 혁신 센터에서 전면 크기의 LMR 배터리 셀 프로토타입을 들고 있는 직원. 이미지 출처: Steve Fecht/GM

새로운 배터리 화학물질을 발견하는 것과, 그 물질을 기가와트시 규모로 생산하는 것은 전혀 다른 문제다. 특히 전기차 산업이 빠르게 움직이고 있는 상황에서 말이다. BYD와 CATL 같은 자동차·배터리 거대 기업들의 압박을 받으며, GM은 2028년까지 LMR 차량을 도로에 올리는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해서는 새로운 배터리 셀 개발 센터가 제때 역할을 수행해야 한다.

새 건물은 GM 배터리 전략의 핵심이다. 회사는 2022년에 월리스 배터리 셀 혁신 센터와 첫 번째 기가팩토리를 열었다. 그러나 월리스에서 나온 혁신을 테네시와 오하이오에 있는 공장 라인에 연결할 방법이 없었다.

내부 관계자들이 BCDC(Battery Cell Development Center)라고 부르는 이 시설은 파일럿 라인과 비슷하지만 규모가 더 크다. 완전 가동될 경우 하루에 약 2,500셀을 생산할 수 있으며, 연간 약 0.5기가와트시에 해당한다. 월리스 배터리 셀 연구 센터 옆에서 하루에 30~50개의 소규모 배치를 개발한 뒤, 이를 대량 생산에 적합한지 판단한다.

배터리 레시피 마스터하기

새 배터리 레시피는 상업 규모로 확대하면 실패하는 경우가 많으며, 기업들은 문제를 해결할 시간이 충분치 않다. 새로운 화학물질이 18개월 이내에 85% 수율을 달성하지 못한다면 상업적으로 타당하지 않다고 맥킨지 보고서에서는 강조한다.

이러한 도전은 4인 가정용 레시피를 400명 규모의 결혼식 연회용으로 확대하는 것과 비슷하다. 단순히 공장의 처리량만 문제가 되는 것이 아니다. 연구소에서 만든 배터리는 작은 코인 셀 형태이지만, 전기차 팩에 들어가는 셀은 작은 도마 정도의 크기다.

“월리스에서 레시피를 만들 줄 알게 되면, 이제 대량 생산에서는 어떻게 해야 할지 고민해야 합니다,” 라고 켈티는 말했다. “코인 셀에서 대형 포맷으로 전환할 때 배울 점이 정말 많습니다. 완벽히 전이되지 않거든요.”

BCDC는 이 전환 과정을 덜 고통스럽게 만들기 위해 설계되었다.

시설에서 한 번의 테스트 실행 비용은 약 20만 달러이며, 이는 전체 규모의 Ultium 공장에 비해 훨씬 적다. BCDC 팀이 프로세스를 확실히 잡아냈다고 판단되면, 전면 생산으로의 전환이 더 쉬워질 것이라고 켈티는 설명했다. “장비가 거의 동일하기 때문에 인수인계가 크게 어려워지지는 않을 겁니다.”

BCDC는 테네시의 2,800,000평방피트 규모 Ultium 배터리 공장보다 1~2자리 수 작다. Ultium 공장은 연간 약 300,000셀, 즉 45기가와트시를 생산한다. 반면 BCDC는 생산 라인이 적고 셀 수는 약 백분의 일에 불과하며, 배터리 재료를 혼합하는 탱크 용량도 2,000리터가 아닌 40리터이다. 규모는 작지만, 월리스 센터 옆에 있는 BCDC는 여전히 한 단계 큰 시설이다.

“BCDC는 그 격차를 메우기 위해 존재합니다,” 라고 GM의 BCDC 책임자인 모 갈레고스(Mo Gallegos)가 TechCrunch에 말했다.

AI 모델 활용

비용을 더 절감하기 위해, GM은 가능한 한 많은 공정을 다양한 AI 모델로 시뮬레이션하고 있다. 회사는 컴퓨팅 파워에 막대한 투자를 했으며, 정확한 수치는 알 수 없지만 “국가 연구소 수준”이라고 전해졌다.

자동차 제조사는 물리 기반 모델을 개발해 화학물질이나 생산 공정의 변화가 배터리 셀 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션한다.

“LMR에 대해서는 1억 5천만 CPU 시간을 기록했습니다,” 라고 GM의 글로벌 가상 전동화·파워트레인 디렉터 라두 테이유니(Radu Theyyunni)가 TechCrunch에 말했다. “대부분의 엔진 프로그램은 그 정도 코어 시간을 사용하지 않아요.”

전체 BCDC를 디지털 트