“꿈의 배터리 멀지 않았다” 차세대 이차전지 상용화 속도

등록 2021.07.22 16:07

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현대차·SK 투자한 SES, 리튬메탈 배터리 2025년 상용화 목표안정성·에너지 밀도 높인 전고체 배터리, ‘게임 체인저’ 주목삼성SDI, LG엔솔도 2027년 전고체 배터리 상용화 계획

차세대 배터리 시장에서 선두를 잡기 위한 경쟁이 치열하게 벌어지고 있다. 배터리 셀 제조사부터 글로벌 완성차 업체, 전고체 배터리 전문 제조사까지 차세대 배터리 상용화에 사활을 걸었다.

차세대 배터리는 현재 가장 많이 쓰이고 있는 리튬이온 배터리 대비 안전성과 에너지 밀도가 높아 전기차의 주행거리를 크게 늘릴 수 있다. 아직까지 제품 상용화에 성공한 곳은 없으나 제조사들의 발표에 따르면 4~5년 내 제품출시가 가능할 것으로 예상된다.

리튬이온 배터리 이후의 차세대 배터리는 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 전고체 배터리부터 리튬황 배터리, 리튬메탈 배터리 등이 꼽힌다.

특히 배터리 양극과 음극 사이의 전해질을 액체에서 고체로 대체하는 기술인 전고체 배터리는 차세대 전기차 시장의 ‘게임체인저’로 인식되고 있다. 리튬메탈 배터리의 경우 음극재의 흑연을 메탈로 대체해 에너지밀도를 크게 향상시키는 것이 강점이며 리튬황 배터리의 경우 무게가 가벼워 항공, 드론용 경량 이차전지에 사용될 수 있다.

전일 솔리드에너지시스템(SES)는 개발 중인 리튬메탈 배터리를 2025년 상용화할 계획이라고 밝혔다.

차차오 후 SES 창업자 겸 CEO는 기자간담회를 통해 “리튬이온 배터리는 양산성은 우수하나 에너지 밀도가 떨어지고 전고체 리튬메탈 배터리의 경우 에너지 밀도는 높아지나 아직 고성능을 내는 제품이 개발되지 않은 단계”라고 말했다.

이어 “각각의 장점을 결합한 방식의 기술을 통해 개발한 ‘하이브리드 리튬메탈 배터리’를 2025년까지 빠르게 상용화할 것”이라며 “경쟁사보다 상용화 시기가 18개월에서 2년 앞서 있다”고 강조했다.

SES는 한국 대기업이 대거 투자한 곳이기도 하다. 현대차는 최근 SES에 1억 달러(약 1130억원)을 투자했으며 SK는 2018년과 올해 5월 두 차례에 걸쳐 총 700억원을 투자한 바 있다.

SES 외에도 전고체 전문 제조사인 미국 퀀텀스케이프는 2022년까지 셀 검증과 함께 우선 1GWh 규모로 2023~2024년에 걸쳐 양산 검증을 계획하고 있다. 이후 2026년까지 20GWh로 확대 증설해 양산을 준비한다는 계획이다.

중국 전기차 제조사인 니오도 2022년 출시 차량에 150kWh급의 전고체 배터리 탑재를 공식 선언한 상태다.

국내의 경우 삼성SDI가 전고체 배터리 개발에 가장 앞서 있는 것으로 평가 받는다. 삼성SDI는 오는 2025년 전고체 배터리 시제품을 공개한 뒤 2027년 양산에 나선다는 목표를 제시한 바 있다.

삼성전자 종합기술원 등과도 협업을 진행 중인 삼성SDI는 전고체 배터리의 수명과 안전성을 낮추는 문제로 지적되는 ‘덴트라이트’를 해결하는 기술도 확보한 상태다.

장혁 삼성SDI연구소장(부사장)은 이달 진행된 ‘K-배터리 발절 전략’ 행사에서 “리튬이온 전지가 세상에 나온지 30년이 됐고 2030년 400조 시장 이상이 예측되고 있다”며 “삼성SDI는 기술 한계 도전을 통해 완전히 안전한 전고체 배터리 개발의 선두주자가 되겠다”고 말했다.

LG에너지솔루션은 전고체 배터리와 함께 리튬황 배터리를 개발 중이며 2027년 상용화를 목표로 하고 있다. 특히 LG에너지솔루션은 지난해 9월 국내 최초로 리튬황 배터리를 탑재한 태양광 무인기를 높이 22km, 성층권까지 비행시키는데 성공했다.

SK이노베이션도 리튬 메탈 형태의 전고체 배터리를 개발하고 있다. 지난해부터는 노벨화학상 수상자인 존 굿이너프 미국 텍사스대학교 교수와 함께 리튬메탈 배터리를 구현하기 위한 ‘고체 전해질’ 연구를 시작한 상태다.

단 SK이노베이션의 경우 삼성SDI와 LG에너지솔루션 보다 늦은 2030년 이후 전고체 배터리 상용화가 가능할 것으로 전망하고 있다.

이성준 SK이노베이션 환경과학기술원장은 최근 열린 ‘SK이노베이션 스토리 데이’에서 “전고체 배터리에 대한 준비를 해온 지 꽤 됐으나 본격적으로 뛰어들지 않았던 것은 유니크 테크놀로지가 없다는 자체적인 판단 때문”이라며 “조만간 전고체 배터리가 개발될 것이라고는 생각하지 않는다”고 말했다.

SK이노베이션은 올해 차세대 배터리 연구개발(R&D) 센터를 설립하고 기술 역량을 강화할 방침이다.