전고체 배터리와 앞으로의 전망

전기차 배터리 시장에서 [꿈의 배터리]로 불리우는 전고체배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 가지고 있어, 전기차 시장에서 차세대 배터리로 불리우는 배터리입니다.

전고체 배터리는 전해질이 고체 상태인 배터리로서, 일반적으로 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬이온 배터리와 달리, 전기 충방시 이온이 고체 전해질을 통해 이동합니다.

 

1. 전고체 배터리

전고체배터리는 기존 리튬이온 배터리와 비교하여 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 가지고 있으며, 충전 시간이 더 짧고 안전성이 높다는 장점이 있습니다. 이러한 장점으로 인해, 전기차 업계에서는 전고체배터리가 전기차의 미래를 대표하는 [꿈의 배터리]기술 중 하나로 평가하고 있습니다.

 

전고체배터리는 전해질이 액체가 아닌 고체 상태인 배터리로, 전해질에 사용되는 물질은 다양합니다.

그 중에서도 대표적인 전해질로는 리튬 이온(Li-ion)과 수은(Hg)이 사용됩니다.

리튬 이온 전해질을 사용한 전고체배터리는 전기 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 방식으로 동작합니다. 이러한 배터리에서는 양극, 음극, 전해질이 각각 고체로 만들어져 있으며, 이들이 결합되어 전기 화학 반응이 일어나서 전기를 생성합니다.

수은 전해질을 사용한 전고체배터리는 전기 화학적으로 안정한 수은과 다른 금속의 합금으로 만들어진 양극과 전해질이 결합되어 있습니다. 이러한 배터리에서는 양극과 전해질 간의 전기 화학 반응을 통해 전기를 생성합니다.

전고체배터리의 전해질로 사용되는 물질은 연구가 진행됨에 따라 다양해질 수 있으며, 최신 연구에서는 세라믹을 사용하는 것으로 나타나고 있습니다. 이렇게 계속되어 개발되게 되는 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 안정성, 안전성을 제공할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

2. 전고체 배터리의 장점과 단점

전고체 배터리의 장점은 높은 에너지밀도와 안정성, 긴수명과 충전시간단축, 그리고 중요한 경량화입니다

 

높은 에너지밀도: 전고체배터리는 기존의 리튬이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있어서, 동일한 크기의 배터리로 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.

안정성: 전고체배터리는 고체 전해질을 사용하므로, 액체 전해질을 사용하는 기존의 리튬이온 배터리에 비해 더욱 안정적이며, 화재나 폭발 위험이 적습니다.

 

긴 수명: 전고체배터리는 충방전 사이클 횟수가 많아서, 긴 수명을 가집니다.

충전 시간 단축: 전고체배터리는 충전 시간이 짧아서, 전기차의 주행 거리를 늘리는 데에 매우 유용합니다.

 

경량화: 전고체배터리는 기존의 리튬이온 배터리보다 더 경량화된 디자인을 채택할 수 있어서, 차량의 연비를 높이고, 주행 거리를 늘리는 데에 큰 도움이 될 것입니다.

 

그렇다면 전고체 배터리의 단점은 어떤점이 있을까요? 

전고체 배터리의 단점은 굳이 따지자면 아직 상용화의 시점이 멀었다는 점입니다. 지금도 여러기업들이 전고체배터리 개발에 뛰어들었지만 양산화까지는 아직도 긴 시간이 필요한 상황입니다.

 

그 이유는 복합적인 요인이 많은데 우선적으로 꼽히는 몇가지 요인은 제조공정상의 어려움과 기술적인 문제,규제적인 문제와 성능검증 필요의 문제입니다.

 

제조 공정의 어려움: 전고체배터리의 제조 공정은 복잡하며, 생산 비용이 높아 상용화가 어려울 수 있수도 있고

기술적 문제: 전고체배터리의 경량화와 충전 시간 단축 등의 기술적 문제가 아직 해결되지 않았습니다.

규제적 문제: 전고체배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 발생할 수 있는 화재와 폭발 등의 안전성 문제에 대한 규제 등이 아직 마련되지 않은 상태이고(이건 어찌보면 아직은 당연합니다.)

성능 검증 필요: 전고체배터리의 실제 성능과 안정성을 입증하는 데에 시간과 자금이 매우 많이 필요한 부분이기 때문입니다.

 

 

3. 국내 배터리 3사의 전고체 배터리 상용화는 언제쯤 이루어 질까?

 

이른바 [꿈의 배터리]로 불리는 전고체 배터리 양산에 대한 내용이 지난 12일 개최된 '넥스트 제너레이션 배터리 세미나 2023'에서 일부 언론을 통해 알려졌습니다. 국내 배터리 3사는 전고체 배터리 로드맵을 제시 했는데요.

 

현재 전고체 배터리 양산에 가장 속도를 내고 있는 건 삼성SDI입니다. 삼성SDI는 일전에도 전고체 배터리부분에선 가장 앞서 있는 회사로 알려져 있었는데요. 삼성SDI는 지난해 3월 수원에 파일럿 라인을 건설해 곧 완공을 앞두고 있습니다. 하반기 완공에 들어가면 전고체 배터리 샘플을 본격 제작한다는 계획도 발표했습니다.

 

삼성SDI는 전고체 배터리는 안전하면서도 하이니켈 배터리를 탑재한 차량과 비교해 무게를 9%까지 줄일 수 있을 정도로 가볍우며 삼성SDI는 2025년 중대형 전고체 배터리 기술 개발을 완료하고 2027년 전고체 배터리 대량생산 체계가 마련될 것이라고 '넥스트 제너레이션 배터리 세미나 2023' 에서 밝혔습니다.

 

LG에너지솔루션 역시 전고체 배터리 양산에 박차를 가하고 있는 상황입니다.  세계적인 배터리회사인 LG에너지솔루션은 황화물계에 비해 기술적 난이도가 낮은 고분자계 전고체 배터리를 우선 양산할 계획이며 2026년을 양산 시점으로 잡았지만 아직 과제가 산적한 황화물계의 경우 단 기간에 양산이 어렵다며 한발짝 물러난 상황입니다.

덧붙여 LG에너지솔루션은 전고체 배터리 등 차세대 배터리는 2030년에도 (상용화에 이르기)힘든 부분이 있다며 신중한 입장을 보였습니다.

 

SK온 또한 국내 대표 배터리사의 한자리를 차지하고 있으면서 전고체 배터리 경쟁전에 동참했습니다. 후발주자인 만큼

모회사인 SK이노베이션을 통해 이미 지난 2021년  미국 솔리드파워에 3천만달러(약365억)를 투자해 전고체 배터리 개발에 협업을 강화하고 있으며 오는 2028년을 목표로 상업생산을 시작한다는 방침입니다.

이처럼 [꿈의 배터리]로 불리우는 전고체 배터리 시장도 우리나라의 배터리 3사의 주도 아래 시장 장악이 이루어 질 것으로 보입니다. 양산까지는 아직 긴 시간이 남아 있지만 양산이 완료되는 시점으로 예측되는 2035년 이후에는 전고체 배터리가 전체 배터리 시장의 13%를 점유할 것이란 전망입니다.