PCMAG: Faster Charging and Increased Range? Solid State Batteries for EVs Explained
전기차 대중화의 관건은 배터리 기술 혁신에 달려 있다. 현재 전기차에 사용되는 리튬이온 배터리를 대체할 유력한 후보로 고체 전해질 배터리(solid state battery)가 주목받고 있다. 고체 전해질 배터리는 주행 가능 거리를 대폭 늘리고 충전 시간을 단축시키며 발화 위험을 제거할 수 있을 것으로 기대된다.
토요타와 혼다 등 완성차 업체와 주요 배터리사들은 2030년대 상용화를 목표로 고체 전해질 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. 토요타는 2028년까지 600km 주행이 가능한 배터리를 장착한 전기차를 출시할 계획이며, 혼다 또한 2030년대 후반 출시를 목표로 관련 기술을 연구 중이다.
고체 전해질 배터리는 기존 배터리와 동일한 방식으로 작동하지만 내부 소재에서 차이가 있다. 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 사용하는 반면, 고체 전해질 배터리는 고체 전해질을 사용한다. 이를 통해 2~10배 용량을 높일 수 있다.
현재 고체 전해질 배터리는 스마트워치나 인공 심장박동기 등 소형 기기에 적용되고 있다. 전기차에 적용하기 위해선 대규모 생산 비용 절감과 내구성 향상 등의 과제를 해결해야 한다. 혼다는 고체 전해질을 특수 폴리머로 감싸 수명을 늘리는 방안을 연구 중이다.
고체 전해질 배터리가 상용화되면 1회 충전으로 450km 이상 주행이 가능해질 것으로 보인다. 기존 300km를 주행하는 배터리의 경우 450km로 50% 증가하며, 더 빠른 속도로 충전할 수 있다.
또한 발화 위험이 크게 낮아질 것으로 기대된다. 리튬이온 배터리는 가연성 액체 전해질을 사용하기에 화재 발생시 진압이 어렵지만, 고체 전해질 배터리는 이런 액체를 사용하지 않아 훨씬 안전하다.
수명이 다한 고체 전해질 배터리는 리튬이온 배터리와 마찬가지로 재활용이 가능하다. 배터리에 포함된 니켈, 망간, 리튬, 코발트 등을 추출해 활용할 수 있으며, 추가적인 공정이나 시설 투자 없이 기존의 재활용 인프라를 그대로 활용할 수 있을 것으로 보인다.
한편 고체 전해질 외에도 실리콘, 흑연, 나트륨 등 새로운 배터리 소재 개발도 활발히 이뤄지고 있다. 포르쉐는 실리콘 이온 배터리 개발사인 Group14에 상당한 투자를 단행했다. 이를 통해 배터리 에너지 밀도를 50% 이상 높이고, 충전 시간을 대폭 단축하는 것이 목표다.
미국 정부도 배터리 개발에 수십억 달러 지원금을 투입하고 있다. 군사용 불연성 배터리를 개발 중인 Eonix, 전기차용 황 배터리를 만드는 Lyten 등이 수혜 기업이다.
차세대 배터리 개발은 종종 기술 간 경쟁으로 묘사되지만, 단기적으로는 다양한 기술들이 공존하며 고가 시장을 중심으로 도입될 가능성이 높다. 장기적으로는 기술 발전과 양산 체제 구축으로 가격이 낮아지면서 대중화가 이뤄질 것으로 전망된다.
2024년04월24일 : Faster Charging and Increased Range? Solid State Batteries for EVs Explained