동아일보 꿈의 배터리냐 거품이냐…투자자 위한 전고체 이야기
전기차 배터리의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대되는 '전고체배터리' 개발이 가속도를 내고 있다. 기존 리튬이온배터리의 단점을 획기적으로 개선한 전고체배터리는 차세대 배터리 시장을 선도할 기술로 주목받고 있는 가운데, 국내외 배터리 업계는 2027년 상용화를 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다.
한국전자기술연구원(KETI) 차세대전지연구센터 조우석 수석연구원은 18일 동아일보와의 인터뷰에서 "전고체배터리는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체함으로써 안전성과 에너지 밀도를 동시에 크게 향상시킬 수 있는 기술"이라며 "리튬이온배터리의 구조적 한계를 극복하고 전기차 배터리의 새로운 지평을 열 수 있을 것"이라고 강조했다.
전고체배터리는 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동할 때 기존의 분리막-액체 전해질 대신 고체 전해질을 통과하는 구조다. 조 수석연구원은 "고체 전해질은 불에 잘 타지 않는 물질로, 배터리 내부에서 불이 난다 해도 전해질 자체로 인한 화재 위험은 없다 "며 "현재까지의 지식으로는 사고가 나 배터리가 파손되더라도 발화하지 않을 것"이라고 설명했다.
높은 에너지 밀도도 전고체배터리의 강점이다. 조 수석연구원은 "액체 전해질을 사용하는 리튬이온배터리는 양극재 두께에 제한이 있지만, 전고체배터리는 고체 전해질을 양극재에 사전 분산시킴으로써 두께를 자유롭게 조절할 수 있다"고 설명했다. 실제 KETI에서 개발 중인 전고체배터리 양극은 용량이 리튬이온배터리의 2배(8mAh/cm²)에 달한다span>는 게 조 수석연구원의 설명이다.
또 전고체배터리는 리튬금속을 음극으로 직접 사용하거나, 심지어 음극을 아예 없애는 '무음극' 방식도 가능하다. 조 수석연구원은 "소재와 부품만 놓고 보면 리튬이온배터리의 한계 에너지밀도가 300~350Wh/kg인 데 반해 전고체배터리는 400~450Wh/kg까지 구현할 수 있을 것"이라고 내다봤다.
다만 상용화를 위해서는 원가 경쟁력 확보가 시급한 과제다. 고성능 고체 전해질인 황화물계 소재의 원료인 '리튬황'은 현재 연구용으로만 소량 생산되고 있어 가격이 비싼 편이다. 대기 중 수분과의 반응을 차단하기 위한 특수 공정 비용도 부담이다.
조 수석연구원은 "리튬황은 대량생산 체제만 갖춰지면 가격을 크게 낮출 수 있다"며 "수분에 안정적인 소재 개발도 활발히 이뤄지고 있어 원가 경쟁력은 개선될 것"이라고 전망했다. 이어 "다만 전고체배터리의 성패를 가를 셀 설계·제조 기술은 아직 연구 초기 단계"라며 "상용화 시점을 예단하긴 어렵지만 2030년 이전에는 프리미엄 전기차를 중심으로, 2040년 이전에는 보편적인 전기차에도 탑재가 가능할 것"이라고 내다봤다.
한편 전고체배터리 상용화 경쟁은 한국과 일본의 배터리 강국 간 기술 격차가 어느 정도일지도 관전 포인트다. 전고체배터리의 원천 기술을 선점한 일본 업체들이 소재 개발을 주도하는 가운데, 도요타는 2020년 도쿄올림픽 때 전고체배터리 시험 주행 영상을 공개하는 등 기술 우위를 과시하고 있다.
조 수석연구원은 "도요타의 전고체배터리 기술이 가장 앞선 것은 사실이지만 얼마나 갈 수 있는지는 알려지지 않았다"며 "다른 일본 업체들과 한국 업체들의 기술 격차는 크지 않아 보인다"고 진단했다. 삼성SDI의 무음극 기술과 현대차의 전고체 배터리 개발도 상당한 수준으로 평가된다는 게 조 수석연구원의 설명이다.
정부의 전폭적인 지원과 배터리 3사의 과감한 투자도 한국의 전고체배터리 개발 속도를 높이는 요인이다. 조 수석연구원은 "전고체배터리 연구 자체는 다소 늦게 시작했지만 추격 속도가 매우 빠르다"며 "리튬이온배터리 시장을 주도한 역량과 노하우를 십분 활용한다면 전고체배터리에서도 일본과 어깨를 나란히 할 수 있을 것"이라고 강조했다.
전기차 '게임 체인저'로 꼽히는 전고체배터리, 차세대 배터리 시장의 최대 수혜자는 어느 기업이 될지 업계의 관심이 모아지고 있다. 전고체배터리의 성공적인 상용화 시점을 미리 내다보고 기술 개발과 생산 준비에 속도를 내는 기업이 미래 배터리 시장의 패권을 가져갈 것이란 게 전문가들의 공통된 관측이다.
2023년07월19일 : 꿈의 배터리냐 거품이냐…투자자 위한 전고체 이야기