전고체 전지란?/차세대 배터리

배터리 제조업체뿐만 아니라 완성차 업체도 전기차에 적용할 차세대 배터리를 찾고 있다. 리튬이온배터리 한계 때문이다. 리튬이온배터리 핵심 요소는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 입니다. 음극에서 전해질을 통해 양극으로 이온을 내보내면서 전기를 생산합니다. 전고체 전지

 

 

리튬 전지에서 발생한 여러 사고가 전기차에서 발생하면 어떨까. 전고체 전지 주행 중에 전해액이 누출되거나 차량 간 충돌로 리튬이온배터리에 충격이 가해진다면 끔찍한 일이 발생할 수 있습니다.

안전뿐만 아닙니다. 전고체 전지 비용 문제도 전기차의 장밋빛 미래를 발목 잡습니다. 리튬이온전지는 에너지 밀도를 이는 곧 배터리 무게 절감에 한계가 있다는 걸 의미합니다. 에너지 밀도를 이론상으로 계산했을 때, GM 볼트 EV에 장착된 60kWh 배터리를 200Kg 이하로 낮추는 게 힘들다는 겁니다. 전지 외 다른 부품까지 결합한 배터리 팩은 더 무겁죠. GM 볼트 EV 배터리팩 무게는 400Kg이 넘는다고 합니다. 차량 무게 25%에 해당합니다.

전고체 전지는 이 문제를 해결할 수 있습니다. 고체 전해질이 분리막과 양극재 바인더 역할을 할 수 있기 때문입니다. 배터리에 들어가는 소재와 부품 수, 공간이 줄어듭니다.전고체 전지에 들어가는 고체 전해질은 크게 3가지로 분류합니다. 산화물(Oxide), 황화물(Sulfide), 폴리머(Polymer), 입니다. 산화물은 리튬, 란타넘, 지르코늄, 산소 등을 기본 물질로 씁니다. 안정성은 높지만 이온 전도율은 낮은 것으로 평가받습니다. 고온 열처리 공정이 꼭 필요합니다.

 

황화물 계열은 이온 전도율이 높고 온도 변화에 안정적입니다. 전고체 전지 토요타, 무라타 등 일본 쪽에서 많이 개발하는 전고체 전지입니다. 다만 황(S) 때문에 수분과 산소에 취약하다는 단점이 있습니다. 폴리에틸렌옥사이드(Poly Ethylene Oxide)를 기본 물질로 사용하는 폴리머는 기존 리튬 폴리머 기술과 유사해 활용성이 높습니다. 

 

여러 장점 덕에 전고체 전지는 전기차용 배터리 등에 활용될 차세대 배터리로 손꼽힙니다. 일본 후지경제연구소에 따르면, 세계 전고체 전지 시장은 2035년 2조7877억엔(약 28조6700억원)에 이를 것으로 전망됩니다. 황화물 계열이 2조1200억엔(약 21조500억원), 산화물 계열이 6120억엔(약 6조700억원) 수준입니다. 황화물 계열 전고체 전지 시장의 급성장을 점쳤습니다.

 

이 시장에 직접적으로 영향을 받는 배터리 업체와 완성차 업체는 저마다 연구개발(R&D) 투자에 적극 뛰어듭니다. 특히 완성차 업체가 있는 국가인 독일, 일본, 중국, 한국 등을 중심으로 각축전을 펼치고 있습니다. 바야흐로 전고체 전지 ‘춘추전국 시대’ 입니다. 전고체 전지

전고체 전지 시장에서도 ‘중국 굴기’는 무시할 수 없습니다. 중국 칭다오에너지디벨로프먼트가 지난달 10억위안(약 1600억원)을 투자, 장쑤성에 전고체 전지 양산 라인 구축에 돌입. 현재 생산 규모는 연간 100MWh 이다. 칭다오에너지는 2년 뒤 생산 규모를 7배 늘리겠다는 포부도 밝혔습니다. 중국 고유의 가격 경쟁력과 R&D 투자 결과로 얻은 기술력이 결합, 전고체 전지 시장에서 만만치 않은 영향력을 미칠 것으로 예상이다.