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[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = 중국 본토 A주 시장에서 '금속∙공기 배터리'가 새로운 투자키워드로 떠오르며, 증권사와 기관의 대규모 매수세가 이어지고 있어 주목된다.

최근 중국 당국이 배터리 기술의 새로운 발전 방향을 적극 지원하겠다는 의지를 드러낸 가운데, 차세대 배터리로 주목 받는 '금속∙공기 배터리'의 성장가능성이 한층 더 강해질 것이라는 기대감이 반영된 결과다. 

금속∙공기배터리는 에너지 밀도가 리튬배터리의 세 배나 높고, 주행거리 또한 1000km 이상을 가볍게 돌파하는 등 다수의 강점을 갖추고 있어 신에너지 산업의 신흥 성장동력으로 주목 받고 있다. 

◆ 中 정책 지원 속 거대한 新시장 열린다

중국 공업정보화부(공신부) 설비산업발전센터 당위원회 류신옌(柳新巖) 서기 겸 부주임은 최근 열린 '2025 신에너지 배터리 산업 발전대회'에서 "기술 혁신의 주도적 역할을 강화하고, 신소재 체계·전고체 배터리·금속∙공기 배터리 등 차세대 배터리 연구개발을 체계적으로 추진해 신기술의 상용화와 산업화를 가속화하겠다"고 밝혔다.

류 서기는 전고체 배터리와 금속∙공기 배터리를 나란히 언급하며, 정책 차원에서 금속∙공기 배터리에 대한 중대한 관심과 지원 의지를 드러냈다. 이는 국가급 회의에서는 최초로 금속∙공기 배터리가 핵심 연구개발 방향으로 지목된 것으로, 기존 리튬배터리 중심의 시장 구조에 변화를 불러와 천억 위안(약 20조원) 급의 신시장을 열 가능성을 시사하고 있다. 

공신부가 금속∙공기 배터리를 언급한 것은 이번이 처음이 아니다. 지난 2015년 '중국제조 2025' 정책에 대한 해석을 내놓으면서 공신부는 순수전기차 및 플러그인 하이브리드 차량을 위한 산업사슬을 구축하기 위해, 고리튬 층의 산화물 양극재 배터리, 실리콘 합금계 리튬이온 배터리, 전고체 리튬이온 배터리, 금속∙공기 배터리, 리튬황 배터리 등의 차세대 배터리 체계와 신형 동력 배터리를 육성할 것을 제시했다.

또한 2017년에 발표된 '자동차 동력 배터리 산업 발전 행동계획'에서는 리튬황 배터리, 금속∙공기 배터리, 고체 배터리 등 차세대 배터리의 연구 및 엔지니어링 개발을 적극 추진할 것을 명시했다.

이어 2022년에도 공신부는 '제14차 5개년 신형 에너지저장 발전 이행방안'에서 액체금속 배터리, 고체 리튬이온 배터리, 금속∙공기 배터리 등 높은 에너지밀도의 차세대 배터리 및 저장 기술의 연구 및 예비 개발을 촉진하겠다고 밝혔다.

◆ 中 국내 연구기관, 기술적 돌파구 마련

최근 다수의 중국 연구기관은 금속∙공기 배터리 분야에서 기술적 진전을 이루고 있다.

중국 공업정보화부(공신부) 보도에 따르면 2023년 서북공업대학(西北工業大學) 소재대학원 셰커위(謝科予) 교수팀은 금속의 dx2-y2 궤도와 전기음성의 구성을 기반으로 한 '고유의 기술지표(Eigen Descriptor)' 개념을 처음 제시했으며, 이를 공기전지 양극 설계에 적용해 초저 과전위 Li-CO2 전지의 장시간 안정적 순환운전을 달성하였다.

이 연구는 배터리의 고성능 양극 촉매 설계 및 선별 전략에 실질적 기여를 하며 금속∙공기 배터리 산업의 발전을 촉진했다는 평가를 받고 있다.

2024년에는 하얼빈공업대학(哈爾濱工業大學) 화공·화학대학원 왕전보(王振波) 교수팀이 양기능 산소∙전기 촉매 연구에서 중대한 성과를 냈으며, 해당 성과는 수소연료전지 및 금속∙공기 배터리용 차세대 음극 촉매 설계에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.

◆ '금속∙공기 배터리' 왜 주목하나? 5대 강점

금속∙공기 배터리는 아연∙마그네슘∙알루미늄∙리튬 등의 금속을 공기 중 산소와 결합시켜 전기를 발생시키는 차세대 배터리로, 에너지 저장과 연료전지의 특성을 모두 지닌 하이브리드형 배터리다.

리튬이온 배터리와 같은 기존 배터리에 비해 금속∙공기 배터리는 에너지 밀도, 충전 효율, 주행거리, 친환경성, 안전성 등에서 많은 장점을 지녀 향후 다양한 분야에서 응용될 것으로 예상된다. 금속∙공기 배터리가 보유한 강점은 다음의 다섯 가지 정도로 요약된다.  

첫째, 금속∙공기 배터리는 에너지 밀도가 매우 높다. 이 배터리는 양극 활성 물질이 필요 없고, 공기 중의 산소와 금속의 반응을 통해 전력을 생산하기 때문에 전체 무게가 가볍고 리튬이온 배터리보다 3~4배 이상 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 리튬∙공기 배터리의 이론상의 에너지 밀도는 약 1킬로그램(kg) 당 11140와트시(Wh)로, 리튬배터리의 250~350Wh/kg보다 훨씬 높다.

둘째, 충전 효율이 높고 주행거리도 길다. 예를 들어 알루미늄∙공기 배터리의 경우 음극 금속판만 교체하면 되기 때문에 별도의 충전이 필요 없고, 충전 효율과 편의성이 향상된다. 금속∙공기 배터리와 리튬이온 배터리를 병용하면 높은 저장용량과 장거리 주행의 장점을 동시에 살릴 수 있으며, 주행시간은 리튬배터리를 탑재한 기기의 2~3배까지 늘어난다.

셋째, 안전성이 우수하다. 전해질로 물이나 해수를 사용할 수 있어 저장 용량이 높고, 가연성 유기 전해액이 없어 열이 과열될 위험이 없다. 아연∙공기 배터리의 경우 과충전이나 단락이 발생하더라도 단지 산화아연이 천천히 생성될 뿐이며, 화재나 폭발을 효과적으로 방지할 수 있다.

넷째, 원가비용이 낮아 저렴하다. 알루미늄, 아연 등 금속자원은 풍부하고 가격이 안정되어 있으며, 산소는 공기에서 채취하기 때문에 이론적으로 금속∙공기 배터리의 가격은 기존 리튬이온 배터리의 1/2~1/3 수준이다. 알루미늄∙공기 배터리는 와트시(Wh) 당 약 0.3위안, 리튬이온 배터리는 0.6~0.8위안 수준이다.

다섯째, 친환경적이어서 '탄소중립' 시대의 요구에도 부합한다. 음극 충전 특성에 따라 1차 및 2차 전지로 구분되며, 구조가 단순하고 조작이 편리하며 유지보수를 위한 전문가의 개입이 필요 없다. 제조·사용·회수 과정에서도 유해물질이 발생하지 않아 '21세기의 친환경 에너지'로 불린다.

애건증권(愛建證券)은 8~100시간 급의 긴 주기의 에너지저장 수요를 겨냥해 유동전지(Flow Battery), 아연계 전지, 철∙공기 배터리 기술이 시범 배치 중이며, 그 중 철∙공기 배터리는 단위 용량당 낮은 비용으로 100시간급 시장에 진입해 긴 주기 에너지 저장의 잠재적 해결책으로 주목 받고 있다고 설명했다.

금속∙공기 배터리는 뛰어난 성능을 기반으로 향후 대규모 저장 장치로 상용화될 가능성이 높으며, 세계 각국이 연구를 적극 추진 중이다.

<신흥 고성장 시장이 열린다② A주 新키워드 '금속∙공기배터리'>로 이어짐.

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pxx17@newspim.com