폭발위험 줄이고 주행거리는 늘려..전기차 '꿈의 배터리' 경쟁 치열

리튬이온 배터리 결함 보완한 전고체배터리
폭스바겐·포드 등 완성차 업체도 뛰어든다
도요타, 세계최초 전고체배터리 전기차 공개
전기차 탑재 위해선 가격경쟁력 확보가 관건

도요타가 지난 7일 공개한 전고체 배터리 프로토타입 차량(사진=도요타)

[이데일리 김보겸 기자] 폭스바겐과 포드 등 세계 주요 완성차업체들이 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 개발 경쟁에 아낌없이 투자하고 있다. 전고체 배터리는 현재 전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리의 치명적인 단점인 폭발 위험은 줄이고, 주행 거리는 늘릴 수 있다는 특징이 있다.

전고체 배터리 자체 개발한 도요타

28일(현지시간) 월스트리트저널(WSJ)에 따르면 도요타는 전고체 배터리 자체 개발을 추진하고 있다. 지난 7일에는 세계 최초로 전고체 배터리를 사용한 전기차를 선보였다. 실험 주행 결과 짧은 배터리 수명이 한계로 지적됐지만 전해질 배터리를 탑재한 전기차를 도요타가 가장 먼저 공개했다는 의의는 크다.

그간 도요타가 내연기관차와 전기차의 중간 단계인 하이브리드차 개발에 몰두해온 탓에 전기차 개발경쟁에서는 뒤처졌다는 평가를 받지만, 자체 연구소를 두고 전고체 배터리 기술을 개발해온 지는 13년째다. 전기차의 ‘게임 체인저’로 불리는 전고체 배터리로 도요타가 세계 자동차시장을 장악하겠다는 의도가 엿보인다는 분석이 나온다.

전기차 업계에서 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 폭발 위험을 줄이고 주행거리를 늘린다는 특징이 있다(사진=AFP)

전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 치명적인 결점인 화재 위험을 줄일 수 있다. 리튬이온 배터리는 전해질이 액체 상태라 배터리 속 분리막이 파괴되면 순식간에 섭씨 1000도 이상까지 치솟는 ‘열 폭주 현상’이 일어난다. 전고체 배터리는 전해질이 액체가 아닌 고채 상태인 배터리로, 폭발과 화재 위험을 줄일뿐더러 에너지 밀도가 두 배가량 높아진다. 이는 충전 시간을 단축하고 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있다.

폭스바겐·포드는 배터리 스타트업 투자

전고체 배터리 스타트업에 투자하는 완성체 업체들도 늘고 있다. 경영 컨설팅업체 알릭스 파트너스에 따르면 주요 배터리 스타트업은 이미 20억달러(약 2조3000억원)에 달하는 투자액을 유치했다. 이 중 절반은 미국 스타트업 퀀텀스케이프가 차지한다. 이 회사는 지난해 12월 15분 안에 80%를 충전하는 전고체 배터리 개발실험 결과를 발표해 주목받았다.

폭스바겐은 퀀텀스케이프 실험 결과를 자체 검증해 지난 5월 1억달러 추가 투자를 결정, 총 3억달러를 투자하기로 했다. 퀀텀스케이프의 기술을 활용해 전기차용 배터리 시범 생산시설을 설립하는 데에도 합의했다. 빌 게이츠도 이 회사 투자자다. 미국 나스닥에 상장된 퀀텀스케이프 시가총액은 105억달러에 달한다.

BMW와 포드도 배터리 스타트업 솔리드파워에 1억3000만달러를 투자하기로 했다. 솔리드파워는 내년 자동차용 전고체 배터리를 시범 생산하기 위한 제조라인을 구축하겠다는 계획이다.

전기차 게임체인저 되려면 가격경쟁력 확보해야

주요 자동차 제조사들이 전고체 배터리 개발에 나선 건 이들이 전기차로의 패러다임 전환을 선언한 것과도 관련이 있다. 테슬라의 성공이 보여주듯, 리튬이온 배터리가 1980년대 등장해 수십년간 발전을 거듭했지만 충전 후 주행거리 등 개선 과제가 적지 않으며 폭발 위험이란 치명적인 약점은 지금까지도 해결되지 않고 있다.

실제 제너럴모터스(GM)는 LG에너지솔루션의 배터리를 탑재한 전기차 쉐보레 볼트 EV를 현재 14만2000대가량 리콜하고 있는 실정이다. 충전 중 화재 문제가 발생한 탓이다. GM은 문제가 해결될 때까지 차를 완전히 충전하거나 야외 주차장에 주차하지 말 것을 권고했다.

다만 전고체 배터리가 언제 상용화될지는 불투명하다. 극한 고온과 혹한에서도 충전할 수 있는지 아직 검증되지 않았으며 무엇보다 높은 비용이 가장 큰 걸림돌이다. 배터리가 전기차 가격의 30%가량을 차지하는 만큼 업계에서는 차에 들어가는 전고체 배터리 가격이 현재보다 40% 넘게 떨어져야 한다고 보고 있다.

올리버 집세 BMW 최고경영자(CEO)는 “차세대 기술로 전고체 배터리를 기대하고 있지만 대량 생산이 얼마나 빨리 이뤄질지는 회의적”이라고 말했다.

전고체 배터리 대량생산에 성공한 곳은 아직 없다. 하지만 배터리 스타트업들은 100년 넘게 자동차를 대량 생산해온 완성차 업체들과 협력함으로써 전고체 배터리 양산에 성공할 수 있을 것이라 기대하고 있다.

김보겸 (kimkija@edaily.co.kr)