차세대 배터리 전쟁 막 올랐다 [TNA]

'꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 경쟁
LG엔솔, UCSD와 충·방전 500회 배터리 개발
도요타, 전고체 배터리 전기차 시제품 공개
삼성SDI, 2027년 상용화 목표로 연구에 집중

LG에너지솔루션과 샌디에이고 대학교가 공동 개발한 상온 구동 전고체 전지 충전 과정.[LG에너지솔루션 제공]

[헤럴드경제=김지윤 기자] 차세대 배터리로 꼽히는 ‘전고체 배터리’를 두고 글로벌 기업들의 총성 없는 전쟁이 시작됐다.

전고체 배터리는 화재 위험이 적고, 1회 충전으로 800㎞까지 주행이 가능해 ‘꿈의 배터리’로 불린다.

일본 도요타가 지난 7일 전고체 배터리를 장착한 프로토타입(시제품) 차량을 공개한 데 이어, LG에너지솔루션이 24일 충·방전 수명이 500회 이상인 전고체 배터리 기술 개발을 알리며, 상용화에 대한 기대감도 커지고 있다.

26일 업계에 따르면 LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구로 상온(25℃)에서 충·방전 수명이 500회 이상인 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했다. 이를 담은 연구 논문은 24일자 ‘사이언스(Science)’지(373권 6562호)에 실렸다.

전고체 배터리는 배터리의 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 배터리로, 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도와 안전성이 높다. 다만, 전고체 배터리는 온도에 민감해 60℃ 이상 고온에서만 충전이 가능하고 충전 속도가 느리다는 점이 한계로 지적돼 왔다.

LG에너지솔루션과 UCSD는 상온 충전이 가능하도록 하기 위해 고체 배터리의 음극에서 도전재(전기가 흐르도록 돕는 소재)와 바인더(전극 안정화 장치)를 제거했다.

대신 5마이크로미터(㎛·1㎛=100만분의 1m) 내외의 작은 입자인 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용했다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재보다 리튬이온을 품을 수 있는 용량이 10배 커 에너지 밀도를 높일 수 있다.

LG에너지솔루션의 전고체 배터리는 일반 리튬이온 배터리와 비슷하게 500회 이상 충전과 방전 이후에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지한다.

전고체 배터리를 탑재한 토요타의 프로토타입 차량. [토요타 유튜브 캡처]

이에 앞서 도요타는 지난 7일 전고체 배터리를 장착한 프로토타입 전기차를 전 세계 최초로 공개해 업계의 주목을 받았다. 도요타는 2025년 이 배터리를 탑재한 전기차를 판매한단 목표다.

도요타는 전고체 배터리 분야에서 가장 앞선 기업으로 평가받는다. 도요타는 전고체 배터리와 관련된 특허를 1000개 이상 출원, 전 세계에서 가장 많은 전고체 배터리 관련 특허를 보유하고 있다.

도요타는 배터리 생산·개발을 위해 2030년까지 1조5000억엔(약 16조원)을 투자하겠단 계획도 내놨다.

삼성SDI, 현대자동차 등도 전고체 배터리 기술 개발에 사활을 걸고 있다.

삼성SDI는 2027년 상용화를 목표로 삼성전자 종합기술원(SAIT)과 일본연구소(SRJ) 등과 협업해 2008년부터 전고체 배터리를 개발해오고 있다.

삼성전자 종합기술원은 지난해 3월 1회 충전으로 800㎞ 이상, 1000회 이상 충·방전이 가능한 전고체 배터리를 공개하기도 했다. 이 연구 내용은 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재됐다.

현대차는 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 오는 2025년 공개하고, 2030년부터 본격 양산에 돌입한단 목표다. 지난 4월 진행된 1분기 콘퍼런스콜에서 “당사 주도로 전고체 배터리 기술 개발이 진행 중”이라며 “배터리 전문 업체와 전략적 협업을 통해 2030년께 본격적인 양산을 할 것”이라고 밝혔다.

7월엔 미국 전고체 배터리 개발 업체인 솔리드에너지시스템(SES)에 1억 달러(약 1178억원)를 투자하기도 했다.

SNE리서치에 따르면 올해 2기가와트(GWh)인 전 세계 전고체 배터리 시장은 2030년 135GWh로 70배 가까이 확대될 전망이다.

jiyun@heraldcorp.com