전고체 배터리, 전기 자동차 시장의 게임 체인저

전고체 배터리는 에너지 저장 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력 때문에 주목받고 있습니다. 최근 몇 년 동안 기존 리튬 이온 배터리의 보다 안전하고 효율적인 대안으로 전고체 배터리의 개발 또한 활발히 연구되고 있는데요. 이번에는 전고체 배터리가 무엇인지, 기존 배터리와 어떻게 다른지 알아보고 장단점과 현재 전고체 배터리를 개발하고 있는 기업에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

 

전고체 배터리란 무엇인가

먼저 전고체 배터리가 무엇인지 정의해 보겠습니다. 간단히 말해, 전고체 배터리는 기존 배터리에 사용되는 액체 또는 젤 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리 유형입니다. 이 고체 전해질은 일반적으로 이온 전도도가 높고 안정성이 높은 세라믹 또는 유리 재질로 만들어집니다. 액체 또는 젤 전해질이 필요 없기 때문에 전고체 배터리는 여러 가지 장점을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

전고체 배터리와 기존 배터리의 차이점

 

 

전고체 배터리와 기존 배터리의 중요한 차이점 중 하나는 안전성입니다. 기존 배터리에 액체 또는 젤 전해질을 사용하면 가연성 물질로 인해 누액 되었을 시 화재 또는 폭발의 위험이 높습니다. 반면 전고체 배터리는 고체 전해질이 매우 안정적이고 연소나 누출이 적기 때문에 훨씬 더 안전합니다.

또 다른 중요한 차이점은 에너지 밀도입니다. 전고체 배터리는 기존 배터리에 일반적으로 사용되는 흑연보다 에너지 밀도가 높은 리튬 금속을 양극으로 사용할 수 있기 때문에 기존 배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 높은 에너지 밀도는 배터리 수명이 길어지고 성능이 향상된다는 의미입니다.

 

전고체 배터리의 단점은 없나

 

 

하지만 전고체 배터리에는 몇 가지 단점이 있습니다. 가장 큰 단점은 생산 비용이 기존 배터리보다 높다는 점입니다. 또한 아직 개발 중인 특정 제조 공정이 필요합니다.

전고체 배터리를 대량 생산하기 위해서는 몇 가지 기술을 개발해야 합니다. 여기에는 이온 전도성과 안정성이 높은 전고체 전해질 소재 개발, 비용 효율적인 제조 공정 개발, 전극 소재 최적화 등이 포함됩니다.

또한 대량 생산을 위한 수율 개선도 필요합니다. 수율이 개선되지 않는다면 이는 비용 증가로 연결되며 결국 전고체 배터리를 채택하는 과정에서 불리하게 작용할 수밖에 없을 것입니다.

 

전고체 배터리를 개발하는 업체

 

 

전고체 배터리 개발 경쟁이 치열해지고 있으며, 글로벌 주요 완성차 업체들이 이르면 2026년 상용화를 목표로 전고체 전지 개발에 많은 투자를 하고 있습니다.

먼저 전고체 배터리 분야에서 가장 앞선 기업 중 하나인 토요타는 전고체 배터리를 탑재한 세계 최초의 전기차 프로토타입을 공개했습니다. 도요타는 2025년 양산 예정인 전고체 배터리 탑재 전기차 시제품 영상을 공개하며 전고체 배터리를 포함한 차세대 배터리 개발에 16조 원을 투자할 계획이라고 밝혔습니다.

LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고대와 공동으로 상온에서 급속 충전이 가능한 전고체 배터리를 개발했습니다. 이 배터리는 500회 이상 충방전을 해도 잔존 용량이 80% 이상 유지되며 에너지 밀도는 현재 상용화된 리튬이온 배터리보다 약 40% 높습니다. 또한 10분 충전 시 최대 800~900km를 이동할 수 있어 기존 리튬 이온 배터리를 잠재적으로 밀어낼 수 있는 "게임 체인저"가 될 것으로 예상됩니다.

 

     

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폭스바겐은 노스볼트, 퀀텀스케이프와 협력해 2025년 전고체 배터리 양산을 시작한다고 밝혔습니다. 삼성 SDI는 덴드라이트 현상(분리막 훼손에 따른 전고체 배터리 수명과 안전성을 낮추는 문제)을 해결할 원천기술을 확보해 2021년 말 5세대 배터리, 2023년 6세대 배터리를 양산할 계획이며, 2025년 Gen7, 2027년 Gen8까지 내놓을 계획을 가지고 있습니다. SK온은 전고체전지 연구개발 인력을 영입해 차세대 배터리 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 특히 리튬 이온 배터리 분야 세계적인 석학이자 노벨 화학상 수상자인 존 구디너프 미국 텍사스대 교수와 함께 2030년 전고체 배터리 상용화를 목표로 개발을 진행하고 있습니다.

 

전고체 배터리는 에너지 저장 기술의 세계를 변화시킬 잠재력을 충분히 가진 가진 말그대로 ‘게임 체인저’의 역할을 분명히 할 것으로 기대됩니다. 안전성, 에너지 밀도, 성능 측면에서 기존 배터리에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 하지만 생산 비용과 제조 공정 등 아직 극복해야 할 과제가 남아 있는데, 이를 해결하기 위해 많은 기업들이 개발에 뛰어들어 연구 개발에 많은 투자를 하고 있습니다. 전고체 배터리를 개발하는 회사들이 취하는 접근 방식의 차이는 이 기술이 아직 개발 초기 단계에 있다는 것을 의미하며, 어떤 접근 방식이 가장 성공적 일지는 아직 지켜봐야 합니다. 전반적으로 전고체 배터리의 미래에 대해 낙관적이며, 전고체 배터리 개발의 진전을 기대해 봐도 좋을 것 같습니다.