'게임체인저' 전고체 배터리 선점 특명 받은 'K-배터리'

전고체 배터리, 에너지 밀도↑화재 위험↓…배터리 3사 개발 경쟁 가속

[아이뉴스24 김종성 기자] 정부가 '꿈의 배터리'라고 불리는 차세대 2차전지인 전고체 배터리의 세계 첫 상용화를 목표로 적극적인 지원에 나서겠다고 밝혔다. 국내 배터리 3사도 전고체 배터리 상용화를 위한 연구개발(R&D)과 시장 선점 경쟁도 더욱 치열해질 것으로 보인다.

지난 3월 서울 코엑스에서 열린 '인터배터리 2023'에서 관람객들이 기업 부스를 관람하고 있다. [사진=양호연 기자]

23일 에너지전문 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 전고체 배터리는 2027년부터 양산이 시작돼 2035년에는 전체 배터리 시장의 10~13%를 차지할 전망이다. 글로벌 전고체 배터리 사용량은 2030년 149~160기가와트시(GWh), 2035년 950~1천413GWh 규모로 성장할 것으로 예상된다.

SNE리서치는 2030년 이후 산화물·고분자·황화물·하이브리드 등 다양한 유형의 전고체 배터리가 서로 경쟁하다 황화물계를 중심으로 시장이 확대될 것으로 전망하고 있다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 전해질을 기존 전지처럼 액체가 아니라 고체화한 것이다. 화재 위험이 거의 없는 데다 에너지 밀도가 높고 충전 속도도 빠르다. 기존 리튬이온 배터리의 단점을 보완해 전기차 생태계를 바꿀 '게임 체인저'로 주목받고 있다. 아직까지 전고체 배터리의 상업화에 성공한 기업은 없다.

고성장이 기대되는 전고체 배터리 시장 선점을 위해 정부도 적극적인 지원에 나섰다.

산업통상자원부는 지난 20일 '2차전지 산업경쟁력 강화 국가전략'을 발표하며 전고체 배터리의 세계 최초 상용화를 목표로 민관이 2030년까지 20조원을 투자할 계획이라고 밝혔다.

정부는 그 일환으로 차세대 전지 개발을 위한 대규모 연구개발(R&D)을 추진할 계획이다. 전고체 전지(안전성↑), 리튬메탈 전지(주행거리↑), 리튬황 전지(무게↓) 등 유망 2차전지가 포함될 예정이다. 이를 통해 기업과 정부는 세계 최초로 차량용 전고체 전지 양산기술을 확보한다는 전략이다.

정부가 전고체 배터리 상업화에 앞장서기로 한 가운데 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리 3사의 시장 선점을 위한 경쟁도 더욱 치열해질 전망이다.

국내 3사 가운데는 삼성SDI가 전고체 배터리 기술 개발에서 가장 앞선 것으로 평가된다. 삼성SDI는 수원 연구소 내에 전고체 배터리 파일럿 라인을 상반기 안으로 준공하고 시제품을 생산할 계획이다. 이어 2025년에 대형 셀 생산 기술을 개발하고, 2027년 양산에 들어간다는 목표를 세웠다.

삼성SDI는 황화물계 전고체 배터리를 개발하고 있다. 고체 전해질 소재와 리튬 음극재로 수명을 개선한 무음극 기술도 특징이다. 지난달 3월에는 '인터배터리 2023'에서 전고체 배터리 모형을 공개하기도 했다.

LG에너지솔루션은 고분자계와 황화물계를 동시에 개발하는 '투 트랙' 전략을 추진하고 있다. 상대적으로 기술 난도가 낮은 고분자계 배터리를 우선 2026년에 양산하고, 2030년 이후 황화물계 배터리를 상용화한다는 계획이다.

지난 2021년 LG에너지솔루션은 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 공동 연구로 기존 60도 이상에서만 충전할 수 있었던 기술적 한계를 넘어 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발하기도 했다.

SK온은 전고체 배터리 벤처기업인 미국 솔리드파워와 손잡고 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다. SK온은 2021년 10월 미국 솔리드파워에 3천만 달러(약 350억원)를 투자했다. 2025년 황화물계 전고체 배터리 시제품을 개발, 2029년 양산에 들어가는 것이 목표다.

또 국내에서는 대전 차세대배터리 연구센터를 중심으로 고체 전해질과 리튬메탈 음극 등을 독자 개발하는 등 2029년 전고체 배터리 상용화를 목표로 연구개발(R&D) 능력을 강화해 왔다.

한국배터리산업협회 관계자는 "한미 정상회담을 앞둔 현시점에서 민관이 함께 머리를 맞대고 2차전지 산업 경쟁력 강화방안에 관한 국가전략에 대해 처음으로 깊이 있는 논의를 했다는 점에서 의미가 있다"며 "글로벌 시장에서 우리가 주도권을 확보하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

/김종성 기자(stare@inews24.com)