(출처 = 클립아트코리아)

[위즈경제] 김영진 기자 = 산업통상자원부가 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리를 개발하기 위해 LG에너지솔루션과 삼성SDI, SK온과 같은 배터리 3사를 비롯한 관련 단체를 불러모았습니다.

11일 열린 민관합동 배터리 얼라이언스에 참석한 안덕근 산업통상자원부 장관은 올해 민·관이 함께 대응할 배터리 산업의 핵심 과제들을 점검했는데요.

이 자리에서 배터리 3사 등은 전고체 배터리를 비롯한 정부의 차세대 배터리 개발 사업의 필요성에 공감하고, 참여 의사를 밝혔습니다.

차세대 배터리 중에서도 기술개발 속도가 빠른 것으로 평가받는 전고체 배터리는 주요 요소가 모두 고체로 구성되어 있는 전지입니다.

기존의 일반적인 리튬이온 배터리는 양극과 음극, 전해액, 분리막으로 구성되어 있습니다. 음극이 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류가 흐르게 되는 원리인데요.

이 때 양극과 음극 두 전극 사이에는 리튬염이 용해되어 있어 리튬이온을 수월하게 움직이도록 하는 액체가 채워져 있습니다.

이를 전해액이라 하여, 그 종류에 따라 리튬이온이 움직이는 속도가 결정되는데요.

이러한 형태의 리튬이온 배터리에는 몇 가지 문제가 존재합니다. 배터리의 성능을 저하시키는 일이 없도록 전해액은 화학적·전기적으로 안정적이어야 하며, 언제나 배터리가 작동할 수 있도록 어는 점은 낮고 끓는 점은 높아야 합니다. 아울러, 전해액은 인체에 해로운 영향을 끼치고 불이 쉽게 붙기 때문에, 누수가 되면 사고가 발생할 수도 있는데요.

전고체 배터리는 전해액을 모두 고체로 대체할 수 있다는 이점을 갖고 있습니다.

김재우 한국과학기술정보연구원 연구원은 ‘ASTI MARKET INSIGHT – 전고체전지 편’에서 “전고체 전지는 현재의 리튬이온 전지가 가진 기술적 한계를 극복할 수 있는 잠재력이 크다”며, “가연성의 액체 전해질이 고체 전해질로 대체되면서 안정성이 크게 향상되며, 분리막이 필요 없기 때문에 전지부피가 줄어들어 공간 활용도 측면에서 유리하다. 또한, 전지 안정성을 확보하기 위해 사용되었던 부품, 소재 적용이 줄어들어 크기를 소형화할 수 있는 등 다양한 효과를 기대할 수 있다”고 설명했습니다.

물론, 전고체 전지에 단점이 없는 건 아닙니다. 전해액이 고체일 경우, 리튬 이온의 이동속도가 낮아 전류의 출력이 비교적 낮으며 수명 또한 기존의 리튬이온을 상회하기가 쉽지 않습니다. 

그럼에도, 김 연구원은 “낮은 이온 전도도와 양 음극과 고체 전해질 사이의 계면저항을 개선하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다”며, 성장 가능성을 높게 점쳤는데요.

보고서에 따르면, 세계 전고체 전지 시장은 2020년 약 6,160만 달러에서 34.2%의 성장률을 보이면서 2027년이면 4억 8,250만 달러 규모의 시장을, 국내에선 2020년 약 292만 달러에서 연평균 41.0%의 성장률에 힘입어 2027년 3,229만 달러의 시장을 형성할 것으로 예측되었습니다.

일본의 도요타, 미국의 퀀텀스케이프(Quantumscape), 솔리드파워(Solid power)을 비롯한 주요 기업들이 전고체 배터리에 많은 관심을 보이면서 적극적인 투자를 하고 있는데요.

정부는 이러한 전고체 배터리를 비롯한 차세대 배터리가 현재 리튬이온전지의 기술적 한계를 극복하는 게임체인저가 될 것으로 보고, 관련 분야의 기술 개발을 발빠르게 추진하겠다고 전했습니다.

2028년 개발을 목표로 전고체 배터리, 리튬메탈 배터리, 리튬황 배터리 등 유망기술 3개 분야에 1,172.3억 원의 예산을 투입하겠다고 밝혔습니다.

이미 청주에 자리한 4680 원통형 배터리 생산 공장, 대전의 전고체 배터리 파일럿 라인 등에 대한 투자는 기업 차원에서 이루어지고 있는 상황인데요.

이를 통해 기존 배터리 3사에서 이루어지고 있는 개별 기업 단위의 기술 개발을 넘어, 부품·소재·장비·셀·완성차 기업을 모두 포함한 차세대 배터리를 조성하겠다는 게 정부의 계획입니다.