차세대 전기차 배터리로 주목받는 ‘전고체 배터리(All-Solid-State Battery)’가 기존 고체 전해질 기반 리튬이온 배터리의 한계를 극복할 기술로 급부상하고 있다.

수명, 제조 공정 등 해결 과제가 남았지만 수년 내로 양산 가능성이 있고 2030년 이후 자동차 적용도 가시화될 전망이라는 분석이 나왔다.

10일 한국자동차연구원(연구원) 기술정책실이 발표한 산업분석 보고서 ‘전고체 리튬이온 배터리의 가능성’에 따르면 전고체 배터리는 높은 에너지 밀도와 열 안정성, 빠른 충전 속도 등에서 현존 기술을 능가하는 잠재력을 보이고 있다.

현재 전기차의 핵심 동력원인 리튬이온 배터리는 1990년대 상용화 이후 높은 에너지 효율과 낮은 자기 방전율, 긴 수명을 바탕으로 산업 전반에 혁신을 가져왔다. 하지만 전해질로 사용되는 가연성 유기 용매가 열폭주와 화재 위험을 야기하고 리튬 금속 음극 사용이 어렵다는 한계를 드러냈다.

반면 전고체 배터리는 전해질을 액체 대신 비가연성 고체 물질로 대체해 안정성과 에너지 효율을 동시에 높인 구조다. 전극과 전해질을 직접 적층하는 방식으로 셀을 구성할 수 있어 ‘양극성(바이폴라·Bipolar)’ 구조의 고에너지 밀도 구현도 가능하다. 고체 전해질의 특성상 리튬금속 음극을 사용할 수 있고 누액이나 단락 위험이 없어 외부 충격에도 화재 위험이 상대적으로 낮다는 게 연구원의 설명이다.

전고체 배터리의 가장 큰 과제는 내구성과 대량 생산성이다. 현재 전고체 시제품은 1000회 미만의 충·방전에만 견딜 수 있어 전기차에 필요한 2000회 이상 수명 기준에 미달한다. 또 고체 전해질의 가공과 셀 제조 과정에서 불량률을 최소화할 고도화된 공정 기술이 필요하지만 아직은 경제성이 낮고 설비 투자가 크다는 단점이 있다.

이같은 과제에도 전고체 배터리가 상용화되면 전기차 시장과 항공 모빌리티, 산업용 차량 등 다양한 이동 수단의 전동화가 한층 가속화될 전망이다. 보고서는 전고체 배터리가 높은 안정성과 빠른 충전 속도를 기반으로 소비자의 전기차 수용성을 높이고 내연기관 중심의 이동 생태계를 전환하는 핵심 기술로 평가했다.

올해 회계법인 딜로이트의 조사에서도 주요국 소비자의 전기차 구매 의향이 여전히 5~14% 수준에 머물러 있는 것으로 나타나 전고체 배터리의 기술적 완성도가 전기차 보급 확대의 결정적 요인이 될 것으로 보인다

전고체 배터리는 아직 실험실 단계를 완전히 벗어나지 못했지만 미래 전동화 시대를 여는 결정적 기술로 주목받고 있다. 높은 안정성과 에너지 효율, 빠른 충전 속도라는 강점을 기반으로 전기차의 한계를 보완하고 판도를 바꿀 배터리로 자리 잡게 될지 주목된다.

연구원은 “전고체 배터리가 실용적 수명과 생산 효율을 확보한다면 자동차뿐 아니라 항공과 산업 전반의 전동화를 앞당기는 촉매가 될 것”이라고 전망했다.



/김해나 기자 khn@kwangju.co.kr