전고체전지 ‘차세대 배터리’ 다가온다…韓日 각축

전고체전지 ‘차세대 배터리’ 다가온다…韓日 각축

- 삼성SDI vs 도요타 대결구도…생태계 조성 필수

전기차 배터리 시장이 어느 때보다 뜨겁다. 주요국이 ‘내연기관차 지우기’에 나선 가운데 관련 업계에서도 동참하는 덕분이다. 배터리가 주목받으면서 차세대 제품으로 꼽히는 전고체전지에 대한 관심도 급증하고 있다. 한국과 일본 등 배터리 강국에서는 준비가 한창이다.

업계에 따르면 한국은 삼성SDI, 일본은 도요타를 중심으로 전고체전지 개발에 속도를 내고 있다. 미국 유럽 중국 등도 작업에 돌입했다.

현재 대세는 리튬이온배터리다.

4대 핵심요소 ▲양극 ▲음극 ▲분리막 ▲전해질 등으로 구성된다. 이 가운데 전해질은 리튬이온을 옮기는 역할을 한다. 문제는 안정성이다. 액체 전해질의 온도 변화로 인한 팽창, 외부 충격에 따른 누수 등으로 폭발이 일어날 수 있다. 최근 전기차 화재가 다수 발생한 만큼 업계의 가장 큰 고민이다.

전고체전지는 고체 전해질을 쓴다. 이렇게 되면 구조상 충격, 훼손 등에 강해진다. 전해질이 일부 손상되더라도 배터리가 정상적으로 작동한다는 의미다. 에너지밀도 부분에서도 유리하다. 에너지밀도가 향상되면 주행거리가 늘어난다. 액체 전해질을 사용하기 위해 안정성 물질을 투입하는 데 이를 줄이고 양극 음극을 더 넣을 수 있다. 위험은 낮추고 성능은 높이는 배터리인 셈이다.

전고체전지는 충전 속도도 더 빠르다. 1회 충전에 800킬로미터(km) 주행, 1000회 이상 재충전이 가능할 전망이다.

업계에서는 일본이 가장 앞선 것으로 보고 있다. 10년 이상 연구 중인 도요타는 파나소닉과 손을 잡고 상용화에 다가서고 있다. 해당 사업에 18조원 이상을 투자했다. 이들 연합은 전 세계 전고체전지 관련 특허 40%를 확보한 상태다. 이르면 연내 전고체전지를 탑재한 차량을 공개할 계획이다.

국내에서는 삼성이 선두주자다. 지난해 3월 삼성종합기술원이 전고체전지 원천기술을 공개했고 삼성SDI는 개발을 가속화하고 있다. 지난해 현대차그룹과 논의를 진행한 데 이어 최근에는 공동으로 선행배터리연구소를 설립할 것이라는 소식도 전해졌다. 상용화까지는 수년이 남은 것으로 예상되지만 이보다 이른 시점에 제품을 내놓기 위해 노력 중이다.

미래컴퍼니 씨아이에스 디에이치 등은 국내 장비사들은 전고체전지 생산라인을 구축하기 위해 힘을 모았다. 3사는 업무협약(MOU)을 맺고 각각 ▲공정 최적화 및 불량 검출 장비 ▲양-음극판 합착 장비 ▲일정 크기로 자르는 장비 등을 개발하고 있다. 장비가 갖춰지면 삼성SDI 등 국내 배터리 제조사도 생산라인 확보가 용이해질 전망이다.

중국 CATL은 베이징자동차 등 자국 업체와 개발을 시작했다. 폭스바겐은 퀀텀스케이프, BMW는 솔리드파워와 협력하고 있다. 오는 2025년 이후 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이다.

배터리 업계 관계자는 “전고체전지가 차세대 배터리로 거듭날지는 아직 확신할 수 없다”면서도 “가능성은 제일 큰 만큼 업체마다 상용화를 위해 많은 노력을 기울일 것”이라고 분석했다.