한국과학기술정보연구원: 전고체 전지
차세대 전지 '전고체 전지', 주목받는 이유는?
기존 리튬이온전지 한계 극복, 안전성과 고용량 장점
세계 시장 2027년 4억8,250만 달러 규모로 성장 전망
국내외 업체들 개발 박차, 정부도 상용화 지원 강화
전기차, 에너지 저장장치 등 미래 산업을 이끌어갈 핵심기술로 차세대 이차전지에 대한 관심이 뜨겁다. 그 중에서도 '전고체 전지'가 차세대 전지의 유력한 후보로 부상하고 있다. 전고체 전지는 기존 리튬이온 전지의 한계를 극복하면서도 안전성과 고용량의 장점을 지녔기 때문이다.
전고체 전지는 전해질을 포함한 전지의 모든 구성 요소가 고체로 이루어진 전지를 말한다. 현재 상용화된 리튬이온 전지는 액체 전해질을 사용하는데, 이는 가연성이 있어 발화나 폭발의 위험이 있다. 반면 전고체 전지는 고체 전해질을 사용함으로써 이러한 위험을 원천적으로 차단할 수 있다. 뿐만 아니라 액체 전해질이 필요 없어 전지를 얇고 가볍게 만들 수 있고, 에너지밀도도 대폭 높일 수 있다.
이러한 장점에 힘입어 전고체 전지 시장은 급성장할 것으로 전망된다. 시장조사기관 마켓앤드마켓에 따르면 세계 전고체 전지 시장은 2020년 6,160만 달러 규모에서 연평균 34.2%씩 성장해 2027년에는 4억8,250만 달러에 이를 것으로 예측됐다. 국내 시장 역시 2027년 3,229만 달러 규모로 연평균 41%의 높은 성장세를 기록할 전망이다.
특히 전기차 분야에서의 수요 증가가 전고체 전지 시장 확대를 견인할 것으로 보인다. 전기차는 배터리 안전성과 주행거리 향상이 주요 과제인데, 전고체 전지는 이를 동시에 해결해 줄 수 있는 솔루션이 될 수 있다. 전고체 전지를 적용할 경우 주행거리를 현재의 2배 이상 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.
이에 국내외 배터리 업체들과 자동차 업체들도 전고체 전지 개발에 박차를 가하고 있다.
일본의 배터리 선두주자 파나소닉은 도요타와 손잡고 전고체 전지 개발에 매진하고 있다. 도요타는 2020년대 중반 전고체 전지를 탑재한 전기차 출시를 목표로 하고 있다. 독일 폭스바겐도 미국 퀀텀스케이프와 협력해 2025년 이후 양산을 추진 중이다.
국내에서는 삼성SDI와 LG에너지솔루션이 전고체 전지 상용화를 위해 개발 속도를 높이고 있다. 삼성SDI는 2027년 전기차용 전고체 전지 양산을, LG에너지솔루션은 고분자 전해질을 사용한 전고체 전지 개발을 목표로 하고 있다. 현대자동차와 SK이노베이션도 해외 기업과 협력을 통해 전고체 전지 개발에 나서고 있다.
정부 역시 전고체 전지의 조기 상용화를 위해 적극적인 지원에 나서고 있다. 정부는 2021년 발표한 'K-Battery 발전전략'을 통해 전고체 전지를 포함한 차세대 이차전지 기술 확보를 국가 전략 과제로 삼았다. 2027년 전고체 전지 상용화를 목표로 연구개발에 집중 투자하고, 2028년까지 400Wh/kg급 전지 개발, 2030년 차량 탑재 실증을 추진한다는 계획이다.
전고체 전지가 상용화되기 위해서는 아직 넘어야 할 산이 많다. 양산기술 확보, 원가 경쟁력 확보 등 기술적·경제적 과제가 산적해 있다. 고체 전해질과 전극 계면의 이온전도도 향상, 장기 안전성 검증 등도 풀어야 할 숙제다.
하지만 전기차, 에너지 저장장치 등 미래 산업의 핵심 기술인 만큼 전고체 전지의 개발은 거스를 수 없는 대세가 될 전망이다. 전고체 전지가 상용화에 성공한다면 기존 리튬이온 전지 시장의 판도를 뒤엎는 '게임 체인저'가 될 수 있다. 특히 우리나라는 배터리 강국으로서, 전고체 전지 개발 경쟁에서도 선도적 위치를 차지할 수 있을 것으로 기대된다.
산학연관이 힘을 모아 전고체 전지 개발을 가속화하고, 조기 상용화를 통해 새로운 시장을 선점하는 것이 무엇보다 중요하다. 전고체 전지의 미래, 대한민국이 열어갈 날이 머지않았다.
2024년04월02일 : 전고체 전지