[스페셜경제=최문정 기자]삼성SDI가 오는 2027년까지 차량용 전고체 배터리를 상용화하겠다는 목표를 제시했다. 이에 따라 다양한 연구‧개발을 이어가고 있다.
전고체 배터리는 현재 널리 사용 중인 ‘리튬이온배터리’를 대체할 차세대 배터리다. 통상 리튬이온배터리는 4가지 요소로 구성된다. 양극, 음극, 분리막, 전해질이다. 리튬이온배터리의 기본 원리는 양극과 음극 사이를 이온 상태인 리튬이 오가며 전기를 발생시키는 것이다.
현재 리튬이온배터리는 (일부 하이브리드 차량이나 전기차를 포함한)차량용 배터리, 스마트폰, 노트북, 태블릿 등 일상생활에서 찾아 볼 수 있는 거의 대부분의 전자제품에 탑재돼 있다. 그러나 액체 전해질을 사용하다보니 온도변화에 민감하고, 배터리가 팽창하거나, 외부 충격에 의한 누액 현상 발생으로 손상 시 화재나 폭발 위험성이 높다. 이에 따라 차세대 배터리 개발의 필요성이 높아졌다.
현재 배터리 업계가 주목하는 차세대 배터리 형태는 전고체 배터리다. 전고체 배터리는 리튬이온배터리에서 양극과 음극의 접촉을 방지하는 분리막 대신 고체 전해질이 들어가는 구조다. 고체 형태의 분리막이 전해질의 역할을 대신하기 때문에 리튬이온배터리보다 구조적으로 훨씬 단단하고 안정적이다. 또한 전해질이 훼손되더라도 액체 분리막이 흘러나오지 않기 때문에 비교적 형태를 유지한다. 이에 따라 폭발‧화재 등의 위험이 줄어 더욱 안정적이다.
또한 전고체 배터리는 배터리 용량이 리튬이온배터리에 비해 훨씬 크다. 이에 따라 전기자동차나 자율주행자동차 등의 차세대 자동차 필수 부품으로 꼽히고 있다.
삼성SDI 관계자는 “앞으로 전기차가 내연기관차를 대체해 자동차업계의 주류로 성장할 것이라는 사실은 많은 시장조사기관에서 예측하고 있다”며 “다만 전기차가 확실히 대세가 되기 위해선 핵심부품인 전기차용 배터리 용량을 증가 시키는게 무엇보다 중요하다”고 설명했다.
또한 자율주행자동차의 경우 실시간으로 주고받는 정보의 양이 많아 차량 내 전력 사용량이 급증한다. 이를 충족시키기 위해선 보다 고용량의 배터리가 필수적이다.
배터리 용량을 증가시키는 연구는 그동안 배터리의 발전과정과 마찬가지로 에너지 밀도를 높이는 방향으로 진행될 전망이다.
삼성SDI관계자는 “전고체 배터리로 전기차 배터리 모듈, 팩 등의 시스템을 구성할 경우, 부품 수의 감소로 부피당 에너지 밀도를 높일 수 있어 용량을 높여야 하는 전기차용 배터리로 안성맞춤이다”라고 말했다.
이에 따라 현재 삼성SDI를 포함해 LG화학, SK이노베이션 등의 한국 기업과 토요타, BMW, 폭스바겐, 퀀텀스케이프, 무라타와 히타치, 교세라, 도레이, 스미토화학 등의 기업들이 전고체 배터리를 개발하고 있다.
배터리 업계 관계자는 “아직 리튬이온배터리를 대체할 만한 수준의 개발이 이뤄지지 않았고, 현재로서는 (전고체 배터리가) 에너지밀도가 낮고 수명, 가격은 비싸다”며 “전고체 배터리 양산은 2025년 이후에나 가능할 것으로 전망한다”고 밝혔다.
삼성SDI의 경우 오는 2027년 전후로 전고체 배터리 상용화 목표를 제시했다. 현재는 요소기술 개발 단계다.
삼성SDI는 지난 2013년부터 모터쇼나 배터리 관련 전시회에 중장기 전고체 배터리 기술들을 공개해왔다. 또한 올해 3월 삼성전자 종합기술원은 1회 충전만으로 주행거리 800km, 1000회이상 충‧방전이 가능한 전고채 배터리 연구결과도 공개해 원천 기술을 축적하고 있다. 특히 전고체 배터리의 수명과 안전성을 높이면서 크기는 절반 수준으로 줄일 수 있는 원천기술의 원리를 제시한 논문은 세계적 학술지인 ‘네이처 에너지’에 게재되는 성과도 있었다.
삼성 SDI 관계자는 “자체 개발 프로젝트 외에도 삼성전자 종합기술원, 일본연구소와 협력해 전고체 배터리 기술을 공동으로 개발하고 있다”며 “아직은 초기 단계로 상용화까지 많은 시간과 난관이 예상되지만 삼성SDI는 초격차 기술 개발을 위해 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
스페셜경제 / 최문정 기자 muun09@speconomy.com