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[경제] ICT 게재 일자 : 2020년 08월 03일(月)
1회 충전에 800㎞… 한·독·일, 전고체 배터리 ‘삼국지’
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▲  현대자동차 고급 브랜드 ‘제네시스’가 처음으로 선보인 전기차 기반 GT(그란투리스모·장거리 고성능) 콘셉트카인 ‘에센시아’. 현대차 제공

폭발위험 없고 크기도 작아
인화성 액체전해物 고체화
상용화 되면 시장 지각변동

日·獨 2025년에 출시 목표
韓 삼성SDI 기술 가장 앞서
현대차와 장기적 협력 계획


최근 전 세계 완성차와 배터리업체들이 가장 주목하는 분야는 전고체(全固體) 배터리다. 얼마 전 이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대자동차 수석부회장이 두 차례 회동해 개발 현황을 논의할 정도로 관심 대상으로 떠올랐다. 전고체 배터리는 현재 많이 쓰이는 리튬이온 배터리에 비해 용량도 크고 폭발 위험도 없어 ‘꿈의 배터리’로 불린다. 전고체 배터리가 상용화되면 전기차 시장은 가격 하락, 주행거리 증가 등으로 큰 변곡점을 맞이할 것으로 보인다. 미래차 시장에서 전고체 배터리가 ‘게임 체인저’로 불리는 이유이기도 하다.

◇전고체 배터리 ‘더 멀리, 더 오래, 더 안전하게’= 차세대 전지로 불리는 전고체 배터리는 리튬이온 배터리 4대 소재 중 하나인 액체 전해질을 고체로 바꾼 것이다. 기존 리튬이온 배터리는 과도한 열이나 충격, 압력을 받으면 액체 전해질이 흘러내려 폭발한다. 반면 전고체 배터리는 내부에 인화성 액체가 없어 폭발하지 않는다. 전고체 배터리는 내부에 분리막도 없다. 고체 전해질이 분리막 역할을 대신하기 때문이다. 이에 배터리 크기도 절반 수준으로 줄일 수 있고 얇게 만들어 구부릴 수도 있다.

이론적으로 전기차에 전고체 배터리를 장착하면 1회 충전으로 800㎞ 이상 주행할 수 있다. 전 세계적으로 해마다 10% 이상 성장하는 전기차의 경쟁력은 배터리 용량이 좌우한다. 전기차 배터리 용량은 주행거리와 직결되기 때문이다. 현재 운행 중인 전기차 주행거리는 내연기관차에 못 미친다. 배터리 개수를 늘려 용량을 늘릴 수 있지만, 이는 전기차 가격을 올리고 공간 효율성을 떨어뜨려 현실적으로 불가능하다. 배터리 업계가 에너지 밀도를 높이는 연구·개발에 매달린 이유다.


전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 높다. 폭발이나 화재 위험성이 사라져 안전성과 관련된 부품들을 줄이는 대신 배터리 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채웠기 때문이다. 그만큼 공간 활용도가 높다는 얘기다. 삼성SDI 관계자는 “전기차 특성상 더 멀리 더 안전하게 주행하기 위해서는 전고체 배터리가 적절하다”며 “고체 전해질을 사용해 배터리 모듈(셀 모음), 팩(모듈 모음) 등 시스템을 구성할 경우, 부품 수를 줄여 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있다”고 설명했다.

자율주행차 등 많은 전력량을 요구하는 미래 모빌리티(이동수단)에도 적합하다. 자율주행은 정보를 실시간으로 주고받는 만큼 차량 내 전력 소비량은 급증하게 된다. 소프트웨어 기업 투세라(Tuxera)에 따르면 자율주행차가 하루 사용하는 데이터양은 11테라바이트(TB)에 달한다.

◇韓·獨·日 업체들 전고체 배터리 개발 전쟁 = 전고체 배터리는 아직 개발 단계다. 배터리업체들뿐만 아니라 전 세계 주요 완성차업체들도 전고체 배터리 개발 경쟁에 뛰어들었다. 일본 토요타는 지난 2008년 차세대 배터리 연구소를 세우면서 정부 및 학계와 전고체 배터리를 개발한다고 발표했다. 토요타는 오는 2025년 전고체 배터리를 상용화한다는 목표다. 독일 폭스바겐은 미국의 퀀텀스케이프와, BMW는 솔리드파워와 각각 손잡고 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 2025∼2026년쯤 출시한다는 계획이다. 이 밖에 무라타와 히타치, 교세라, 도레이, 스미토모화학 등 일본 소재업체들도 전고체 배터리를 개발하고 있다.

국내 업체 중에서는 삼성SDI가 가장 앞서 있다. 자체 개발 프로젝트 외에도 삼성전자 종합기술원, 일본연구소와 협력해 전고체 배터리 기술을 공동 개발 중이다. 지난 3월 삼성전자 종합기술원은 1회 충전으로 주행거리 800㎞, 1000회 이상 충·방전이 가능한 전고체 배터리 연구 결과를 공개하기도 했다. 삼성SDI는 2013년부터 자동차쇼나 배터리 관련 전시회에서 전고체 배터리 기술들을 선보였다. 현재 요소기술 개발 단계로 상용화는 2027년 이후로 예상된다. 삼성과 현대차는 2028년까지 전고체 배터리 분야에서 장기적으로 협력할 계획인 것으로 알려졌다.

권도경 기자 kwon@munhwa.com
e-mail 권도경 기자 / 산업부 / 차장 권도경 기자의 다른 기사보기
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