[Tech 스토리] 전고체 배터리가 '꿈의 배터리'라 불리는 이유

기사입력 : 2024년03월24일 08:00

최종수정 : 2024년03월25일 08:34

화재·폭발위험 적고 기존 배터리 대비 주행거리 2배
삼성·LG 개발 경쟁..."2027년 양산" vs "완성도 중요"

기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[뉴스핌=정탁윤 기자] 바야흐로 배터리 시대입니다. 당장 핸드폰에서부터 노트북, 이어폰, 청소기, 면도기, 장난감 등 일상생활에서 배터리가 들어가는 제품은 수도 없이 많습니다. 핸드폰이나 노트북 배터리가 10% 밑으로 떨어지면 가슴이 두근두근하는 배터리 의존 경험도 다들 있을 것입니다.

아직 보편화 전단계이지만 조만간 자동차도 배터리에 의존하게 됩니다. 배터리로 굴러가는 전기차 수요가 점점 늘고 있기 때문입니다. 과도한 탄소 배출로 인한 기후변화 대응을 위해 유럽과 미국 등 글로벌 국가들은 현재 휘발유와 경유 연료인 내연기관차를 퇴출하고 전기차 등 친환경차 도입을 서두르고 있습니다. 다소 섣부르긴 하지만 2030년 전기차 비중이 50%가 넘을 것이란 전망도 있습니다.

◆ 화재·폭발위험 적고 기존 배터리 대비 주행거리 2배 이상

조만간 봄꽃처럼 만개할 전기차에 들어가는 배터리 회사들의 개발 경쟁도 한창입니다. LG에너지솔루션과 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리 3사는 수 년전부터 수 십조원을 투자해 전기차 배터리 개발에 나섰습니다.

전고체 배터리 개념도 [사진=삼성SDI]

중국이 상대적으로 저렴한 LFP(인산철, Li-FePO4) 배터리로 글로벌 시장을 점점 잠식하고 있습니다. 이에 K-배터리 업체들은 이른바 '초격차 기술'을 바탕으로 중국의 공세에 대응해 나가겠다는 전략입니다. 그 초격차 기술이 반영된 배터리가 이른바 '꿈의 배터리'라 불리는 전고체 배터리입니다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용해 화재의 위험성이 적고 주행거리가 길어 배터리 업계에서 주목하는 차세대 배터리 입니다.

전고체 배터리 개념은 1980년대 처음 나왔지만 한동안 빛을 보지 못했습니다. 2010년 일본 토요타가 황화물 전해질을 사용한 배터리 시제품을 공개한 뒤 관련 연구가 크게 늘었습니다. 현재는 배터리 소재 후보군으로 황화물과 산화물, 고분자 3종이 발굴됐는데, 황화물계 배터리 연구가 가장 활발한 상황입니다.

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이의 전해질이 액체가 아닌 고체로 된 차세대 2차전지(충전해서 반영구적으로 사용하는 전지)입니다. 현재 LG와 삼성이 수 조원을 들여 개발한 리튬이온 배터리의 경우 액체 전해질로 에너지 효율이 좋지만, 수명이 상대적으로 짧고 전해질이 가연성 액체여서 고열에 폭발할 위험이 있습니다.

[서울=뉴스핌] 이호형 기자 =김동명 LG에너지솔루션 대표이사 사장이 6일 오후 서울 강남구 코엑스에서 '인터배터리 2024'가 열린 가운데 자사 배터리 제품 설명하고 있다. 인터배터리는 국내 최대 규모의 배터리 산업 전문 전시회다. 2024.03.06 leemario@newspim.com

반면 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮아 상대적으로 안전합니다. 또 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높으며 충전 시간도 리튬이온 배터리보다 짧습니다. 또 대용량 구현이 가능해 완전 충전할 경우 전기차의 최대 주행거리를800~1000km 정도로 늘릴 수 있습니다. 현재 전기차 주행거리(500~600Km)에서 두 배 정도 늘릴 수 있는 셈입니다.

◆ 삼성SDI "2017년 양산" vs LG엔솔 "완성도가 중요"

전고체 배터리 개발 경쟁에서 일본 토요타가 앞서고 있지만, 국내 업체중에는 삼성SDI가 속도를 내고 있습니다. 삼성SDI는 오는 2027년 양산 계획을 밝혔습니다. 반면 업계 1위 LG에너지솔루션은 "완성도가 중요하다"며 2030년경 양산한다는 목표입니다.

배터리 전문가들은 전고체 배터리를 2027년 양산한다고 해도 실제 전기차에 대부분 적용하려면 2030년 이후는 돼야 한다는 입장입니다. 기술적으로 해결해야할 부분이 남아 있는데다 완성차업체와 시제품 테스트도 여러 번 거치고, 생산공정도 정비해야 하기 때문입니다.

tack@newspim.com

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