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- 테슬라 배터리 셀은 에너지 밀도 약 1.5배 높고, 성능 뛰어나며, 생산단계도 두 단계 적어
- BYD의 셀은 크기에 비해 덜 강력하지만 저렴한 재료
- 테슬라보다 열의 형태로 손실되는 에너지가 절반밖에 되지 않아 효율성도 더 높다
- 두 제품 모두 이산화규소가 없는 흑연 양극을 사용
- 설계상 어떤 배터리 유형이 더 긴 수명을 제공하는지는 밝혀지지 않았다

배터리 비교: Tesla 대 BYD
두 전기 자동차 배터리의 차이점과 유사점

전기 자동차 경쟁사 비교:
테슬라와 중국 제조업체 BYD의 배터리에 숨겨진 것은 무엇일까? 이를 위해 독일 연구자들은 두 가지 배터리 유형을 모두 분해하여 세부적으로 분석했다. 결과: 테슬라 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 성능을 보였지만, 열로 인한 에너지 손실이 예상치 못하게 높았다. BYD 배터리는 내구성이 뛰어나고 저렴하지만 출력은 떨어진다. 하지만 두 배터리 유형 모두 예상치 못한 유사점을 가지고 있다. 

▲ 전기 자동차용 배터리 비교: 왼쪽은 Tesla의 4680 배터리 셀이고 오른쪽은 BYD의 Blade 셀이다. © Jonas Gorsch; petovarga/Getty images

전기 자동차의 배터리는 주행거리와 성능에 매우 중요한 요소다. 배터리 설계 및 전극 재료 선택은 한편으로는 높은 에너지 밀도와 성능을 보장해야 하지만, 다른 한편으로는 가능한 한 비용 효율성, 내구성, 빠른 충전 속도 및 안전성을 갖춰야 한다. 일반적인 전기 자동차 모델의 배터리는 제조업체에 따라 다른 우선순위를 설정하는 절충안이다.

▲ 연구 개요도 (출처: 관련논문 March 06, 2025 Open access Contrasting a BYD Blade prismatic cell and Tesla 4680 cylindrical cell with a teardown analysis of design and performance/ Cell Reports Physical Science)

테슬라와 BYD 배터리 비교

하지만 전기 자동차 제조업체가 어떤 기술을 구체적으로 사용하는지는 보통 비밀이다. RWTH Aachen의 수석 저자인 Jonas Gorsch(요나스 고르쉬)는 "자동차 애플리케이션에 사용되는 일반적인 배터리에 대한 심층적인 데이터와 분석은 거의 없다"고 설명했다. 이는 또한 전기 자동차 시장 선두주자인 테슬라와 중국 제조업체 BYD에도 적용된다. 두 회사는 결과를 공개하지 않고 광범위한 사내 연구를 수행한다.

고르쉬가 이끄는 팀은 배터리의 최첨단 기술, 구조와 기능에 대해 더 자세히 알아보기 위해 각 회사의 배터리 셀을 분해했다. 셀은 원통형의 컴팩트한 Tesla 4680 셀과 막대 모양을 닮은 프리즘형 BYD Blade 셀이다. 자동차 배터리는 이러한 여러 개의 배터리 셀로 구성된다. 연구진은 분해 분석에서 구성 요소의 정확한 재료 구성, 비용, 생산 방법 및 셀의 성능을 비교했다.

▲ 셀의 외부 특징, 치수 및 형식

두 배터리 모두 단점이 있다

평가 결과, 두 배터리 디자인 모두 장단점을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이에 따르면, 미국 제조업체 테슬라의 배터리 셀은 에너지 밀도가 약 1.5배 더 높고, 성능이 더 뛰어나며, 생산 단계도 두 단계 적게 필요하다.

BYD의 셀은 크기에 비해 덜 강력하지만 저렴한 재료로 만들어졌다. 이로 인해 BYD 블레이드 셀의 킬로와트시당 가격이 약 10유로 저렴해졌다. 또한 놀랍게도 테슬라보다 열의 형태로 손실되는 에너지가 절반밖에 되지 않아 효율성도 더 높다. 고르쉬와 그의 동료들은 이로 인해 BYD 셀이 빠른 충전에 더 적합하다고 설명했다.

▲ 모든 내부 구성 요소를 표시하는 세포의 횡단면의 단순화된 스케치

두 배터리 셀의 양극의 화학적 조성은 이러한 비용 및 성능 차이에 중요한 영향을 미친다. 분석 결과에 따르면 BYD의 양극재는 리튬 철 인산(LFP)을 기반으로 하고, 테슬라의 양극재는 니켈-망간-코발트 혼합물(NMC811)을 8:1:1 비율로 사용한다.

레이어 시스템 대 스위스 롤

또한 두 제조업체는 서로 다른 생산 공정에 의존하는 것으로 보인다. 전극을 부착하기 위해 BYD는 적층 시스템을 사용한다. 수십 개의 양극 및 음극 시트 사이에 위치한 분리막 층의 가장자리는 새로운 방식으로 적층된다.

반면 테슬라는 고성능 셀에 폴리아크릴산(PAA)과 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 포함한 여러 가지 결합제를 사용하여 다양한 전극 재료를 스위스 롤 모양으로 결합한다. 팀에 따르면, 두 가지 디자인 모두 다른 제조업체가 아직 사용하지 않은 새로운 기술에 의존한다고 한다.

▲ 셀의 내부 전극 구성 및 특징의 사진

예상치 못한 유사점

테슬라와 BYD 역시 재료와 관련해 혁신적인 솔루션을 찾은 것으로 보인다. 분석 결과에 따르면 두 제품 모두 이산화규소가 없는 흑연 양극을 사용한다. Gorsch는 "우리는 두 배터리 셀의 양극에서 실리콘을 찾지 못한 데 놀랐다. 특히 테슬라 셀에서 실리콘은 에너지 밀도를 높이는 데 중요한 물질로 연구에서 널리 알려져 있기 때문이다"고 보고했다.

연구자들은 다른 유사점도 발견했다. 두 셀 모두에서 얇은 전극 호일은 레이저 등을 사용하여 용접된다. 다른 많은 제조업체도 이러한 목적으로 초음파를 사용한다. BYD는 두 가지 기술을 결합하여 사용한다. 수동 부품(전류 수집기, 하우징, 버스바 등)과 배터리 셀의 활성 부품 간의 관계도 Tesla와 BYD에서 비슷하다.

▲ 셀의 내부 전기 연결 구성 요소 및 접촉 기술의 사진

더 나은 배터리를 위한 데이터베이스

Gorsch는 전반적으로 Tesla와 BYD는 배터리 설계에 "매우 혁신적이지만 근본적으로 다른" 두 가지 접근 방식을 사용한다고 결론지었다. "어느 배터리가 더 나은지는 최종 응용 분야와 제품에 따라 달라진다." 연구에 참여하지 않은 뮌헨 공과대학의 자동차 엔지니어 크리스티나 그로수가 덧붙여 말했다. "LFP 화학은 비용, 안전성 및 셀 수명이 주요 고려 사항인 경우 NMC811보다 우세할 것이고, NMC811은 전기 자동차의 고에너지 및 고전력 응용 분야에서 우세할 것이다.“

▲ 셀 구성 요소 무게 분포 및 재료 비용. (A) BYD Blade 셀. (B) Tesla 4680 셀. (C) 셀 주요 구성 요소 재료 비용 × 전해질 및 플라스틱 구성 요소를 제외한 총 비용

따라서 두 가지 배터리 셀이 앞으로도 전기 자동차에 계속 사용될 것으로 예상된다. 두 가지 접근 방식에서 얻은 데이터는 이제 연구자와 산업 개발자가 전기 자동차 및 기타 리튬 이온 배터리에 사용되는 더 나은 배터리를 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 분석 결과, 설계상 어떤 배터리 유형이 더 긴 수명을 제공하는지는 밝혀지지 않았으며, 이는 후속 연구에서 조사될 예정이다.
(Cell Reports Physical Science, 2025; doi: 10.1016/j.xcrp.2025.102453)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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