차세대 전기차 배터리 ‘전고체 배터리’

미래 모빌리티의 핵심은 전기차라는 것은 그 누구도 부정할 수 없는 사실입니다. 이미 다수의 완성차 업체는 전기차로의 전환을 선언하였고, 이에 각국의 정부에서도 전기차를 활성화하기 위한 다양한 노력을 이어오고 있기 때문입니다. 따라서, 전기차와 관련된 기술 발전에 대한 많은 관심과 함께 빠른 발전을 이루고 있습니다. 그중, 전기차를 이루는 기술 중 가장 중요한 것은 바로 배터리입니다. 전기차의 가장 치명적인 단점인 주행거리를 결정짓는 것이 배터리이며, 배터리 용량에 따라 전기차의 가격이 결정되기 때문입니다. 따라서, 전기차 배터리의 발전은 전 세계적으로 주목하고 있으며, 전기차 시장에서 가장 큰 화두이자 가장 중요한 사업확장의 주역을 꼽히고 있습니다. 그리고 현재 전기차 배터리도 기술 발전을 이뤄가며 대전환을 준비하고 있습니다.

리튬이온배터리
현재 가장 널리 사용되고 있는 배터리는 리튬이온배터리입니다. 리튬이온배터리는 전기차 외 수많은 전자제품이 사용되고 있는데요. 전기차가 급부상하면서 수요가 늘어나 끊임없는 기술 발전에 높은 기존의 3배가량 증가한 에너지 밀도로 배터리를 제작할 수 있게 되었습니다. 하지만, 비교적 단기간 빠른 발전을 이룬 리튬이온배터리에는 부작용도 존재했는데요. 기계적 손상, 과방전, 과충전으로 인한 전기적 결함, 내부 과열, 외부로부터 이차적 열 방출 등이 발생해 폭발반응이 일어날 수 있는 위험성을 갖고 있습니다.

새로운 게임 체인저 ‘전고체 배터리’
이러한 위험성을 차단하기 위해 고체전해질이 새로운 차세대 배터리 기술로 떠오르고 있습니다. 전고체는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지를 의미합니다. 따라서, 폭발의 위험성에서 자유롭고, 또 고체전해질은 0℃ 이하의 저온이나 60~100℃ 고온에서 액체전해질보다 전도 성능이 향상된다는 장점도 갖고 있습니다. 또한, 전고체 배터리로 전기차 배터리를 구성할 때 온도 변화나 외부 충격을 막기 위한 안전장치 및 분리막이 따로 필요하지 않기 때문에 관련 부품 수를 줄일 수 있습니다. 이에 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있어서 용량을 높여야 하는 전기차용 배터리로는 적합하다고 볼 수 있습니다.

전고체 배터리를 개발해야 하는 이유

많은 기관 및 전문가들은 전기차가 내연기관차를 대체해 차세대 모빌리티가 될 것이라고 전망하고 있습니다. 그리고 내연기관차를 버금가는 주행거리를 구현해야 합니다. 배터리가 절대적으로 중요한 전기차는 배터리의 발전에 따라 성패가 좌우될 수 있는데요. 그 대안으로 ‘전고체 배터리’가 주목받고 있는 것입니다. 아직, 전기차용 배터리 용량을 높이는 방법으로 전고체 배터리가 가장 안전하고 적합한 방법이기 때문입니다. 배터리의 용량을 늘리는 방법은 크게 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 배터리 개수를 늘리는 것입니다. 하지만 이 경우는 배터리 가격 상승과 많은 공간을 차지한다는 단점 때문에 실현하기는 어렵습니다. 그리고 전고체 배터리는 전기차에 적용된다면 위에서 언급한 내용처럼 기존 리튬이온배터리 보다 에너지 밀도가 높고, 고체로 이뤄졌기 때문에 폭발이나 화재의 위험성이 사라지게 됩니다. 따라서 배터리 모듈, 팩 등의 시스템을 구성할 경우, 부품 수의 감소로 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있어서 용량을 높여야 하는 전기차 배터리 특성상 현재까지 전고체 배터리가 가장 적합한 대응 방안입니다.

국내 배터리 3사의 움직임
전고체 배터리가 차세대 배터리로 주목을 받기 시작하면서, 국내 배터리 기업들도 전고체 배터리 개발을 발표하며 시작에 뛰어들고 있습니다. 국내를 대표하는 배터리 3사 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 모두 본격적으로 전고체 배터리 개발에 투자하면서 본격적인 시장 진입을 알렸는데요.

LG에너지솔루션
LG에너지솔루션은 고분자계 전고체 배터리 2026년 상용화를 계획하고 있는데, 고분자 전고체는 고분자계 폴리머 전해질을 상용한 것을 뜻하는데요. 특히 고분계 전고체는 기술상의 난이도가 상대적으로 낮아 상용화 가능성이 비교적 높다고 평가받고 있습니다.

삼성 SDI
삼성 SDI는 전고체 배터리셀당 에너지 밀도를 리터당 900Wh 이상으로 목표하고 있습니다. 삼성SDI는 LG에너지솔루션과는 다르게 황화물 기반 전고체 배터리를 탑재해 주행거리를 900km 이상으로 높인다는 계획을 하고 있으며, 2027년까지 황화물계 전고체 배터리를 양산하는 것이 목표라고 전했습니다.

SK온
SK온은 LG·삼성 대비 뒤늦게 후발 주자로 출발했지만 전고체 배터리 성능과 가격 경쟁력을 빠르게 키우고 있습니다. SK온은 전고체 배터리 상용화를 2020년대 후반으로 계획하였고, 에너지 밀도를 930Wh까지 높이면서 주행 거리를 획기적으로 개선한 황화물 기반의 전고체 배터리 개발이 최종 목표라고 밝혔습니다.

오늘은 전기차의 큰 단점 중 하나였던 주행 거리와 안전성 문제를 완벽하게 보완할 수 있는 배터리인 ‘전고체 배터리’ 에 대해 알아보았습니다. 배터리는 전기차의 경쟁력을 결정짓는 가장 중요한 부품이라고 할 수 있는데요. 전기차가 미래 모빌리티의 대세인 만큼 핵심 부품인 배터리를 향한 관심과 기술 개발에 서두르고 있습니다. 앞서 언급한 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 뿐만 아니라 한화와 롯데 등의 대기업도 전고체 배터리 시장에 참가를 선언하며 투자를 확장하고 있습니다. 진정한 전기차 시대가 도약하기 위해선 인프라 확장과 더불어 기존의 내연기관차를 넘어서는 우수한 성능의 전기차가 필요합니다. 전기차 시장에서 새로운 기회를 발굴하기 위한 이러한 노력은 전기차 시대가 한 걸음 더 가까워졌다는 신호가 아닐까요?