‘꿈의 배터리’, ‘게임 체인저’라는 이 배터리…정부 “1천억 투입”

최근 인공지능(AI)과 함께 국내외 시장에서 가장 주목받고 있는 분야, 바로 배터리입니다. 지난주 서울 삼성동 코엑스에서 열린 국내 최대 배터리 전시회 '인터배터리2024'에는 이러한 관심을 방증하듯 사흘간 12만 명이 몰렸습니다.

[연관 기사] ‘초격차’부터 ‘보급형’까지…“전략다변화로 위기 극복” (2024. 3. 10. KBS1TV 뉴스9)
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배터리 업체들과 전후방 산업, 관계 연구소와 대학까지 대다수 참가자의 눈은 '차세대 배터리'로 쏠렸습니다. 리튬이온배터리 시장을 선도해온 국내 배터리업계가 다음 세대로 어떤 제품을 준비하고 있는지 행사에서 조금이나마 엿볼 수 있었습니다.

기업별 부스뿐 아니라 현장의 각종 컨퍼런스와 세미나도 강연장이 꽉 들어차고, 자료집이 눈 깜짝할 사이 사라질 정도로 많은 사람이 몰렸습니다.

우리 배터리의 차세대 주자는 바로 '전고체' 배터리입니다. 지금까지 리튬이온배터리는 내부에 액체 상태인 전해액이 전자를 이동시키면서 에너지를 저장·방출해왔습니다. 전고체 배터리란 이 역할을 액체 대신 고체 상태의 전해질이 대신하는 것을 뜻합니다.

액체보다 운동성이 떨어지는 고체를 이용하려는 까닭은 안전 문제 때문입니다. 가파르게 늘던 전기차 판매가 지난해부터 주춤한 이유에는 비싼 가격과 충전 불편 이외에 소비자의 불안도 있기 때문입니다.

■ '게임 체인저' 먼저 개발하자…"2028년까지 1,172억 투입" 왜?

전고체 배터리는 이런 화재 우려를 큰 폭으로 줄여 '게임 체인저'로 불리기도 하는데, 마침 산업통상자원부는 오늘(11일) 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)와 기술 개발을 위해 2028년까지 모두 1,172억 원을 투입한다고 밝혔습니다.

전고체 배터리 외에도 대표적인 차세대 배터리엔 음극재에 흑연이 아닌 금속을 사용해 에너지 밀도를 높인 리튬메탈 배터리와, 양극재에 황을 이용해 가볍게 만든 리튬황 배터리도 있습니다.

사실 이런 차세대 배터리들은 배터리 3사가 개별적으로 개발하고 있던 기술입니다. 그런데 여기에 정부가 재원 투입을 고민하는 건 개별 기업의 사업성을 넘어 국가적으로도 중요한 사안이기 때문입니다.

우선 우리가 주도해온 리튬이온배터리 시장은 이미 기술적으로 포화상태입니다. 리튬이온 배터리의 최대 에너지 밀도는 이론상 kg당 350Wh 수준, 그런데 이미 지금 kg당 320Wh에 도달해 있습니다. 이미 리튬이온 배터리가 기술적 한계에 가까워졌기 때문에 앞으로 더 발전하더라도 지금까지 기술개발보다 성과가 적을 가능성이 큽니다.

산업부는 "사용하는 소재나 공법에 따라 다양한 조합이 가능하므로, 개별 기업이 모든 필요한 기술을 개발하고 적정한 기술 포트폴리오를 확보하는 건 어렵다"고 설명했습니다.

도심 항공 모빌리티(UAM) 기업 ‘슈퍼널’의 홍보 영상 중 한 장면

게다가 리튬이온배터리는 상대적으로 무거운 편이어서 미래 산업을 위해서는 새로운 배터리가 필요하다는 시각도 있습니다. 예컨대 리튬황 배터리는 무게가 가볍기 때문에 도심 항공 모빌리티(UAM)에 사용이 적합한 것으로 평가받고 있습니다. 석정돈 한국화학연구원 책임연구원은 지난 7일 열린 배터리 컨퍼런스에서 "이미 K-UAM 로드맵이 발표됐고, 탄소중립 측면에서도 이차전지를 활용해야 한다고 인식하고 있는 상황"이라고 말했습니다.

차세대 배터리를 개발하면 글로벌 공급망 문제에서 비교적 자유로울 수 있다는 것도 장점입니다. 우리나라는 이차전지에 쓰이는 핵심 소재나 광물의 해외, 특히 중국 의존도가 높죠.

석 책임연구원은 "황은 석유를 정제하는 과정에서 나오기 때문에 가격도 저렴하고, 우리나라처럼 공급망 이슈가 생길 경우에도 정유사들이 황을 가지고 있다는 장점이 있다"고 설명했습니다. 흑연이 아닌 다른 금속을 음극재에 사용하는 리튬메탈 배터리도 마찬가지입니다. 지난해 중국은 흑연에 대한 수출 통제에 나서기도 했습니다.

■ "중국 점유율 확대 중"…보급형 배터리도 개발

수출 통제뿐 아닙니다. 중국은 한국 배터리 업체를 빠르게 추격하고 있습니다.

배터리 시장에서 중국의 시장 점유율은 지난해 66.7%입니다. 중국 내수 시장이 워낙 커서 그런 거 아니냐고요? 중국 시장을 제외했을 땐 34.2%로 파악됐습니다. 같은 기간 우리나라는 48.6%입니다.

중국 시장을 제외하면 여전히 세계 1위지만 중국의 점유율은 더 올라가고 있고, 우리와의 격차도 더 좁아지고 있습니다. 중국의 내수 시장을 제외한 점유율은 2021년엔 18%에 불과했습니다. 당시 우리는 57.6%였습니다. 불과 2년 만에 격차가 10%포인트대로 줄어든 것입니다.

중국의 빠른 성장, 그 핵심에는 리튬인산철, LFP 배터리가 있습니다.

우리 배터리 3사의 주력인 삼원계(NCM, 니켈 ·코발트 ·망간을 양극재에 쓴 배터리)보다 기술 수준이 낮지만, 싼 가격 덕에 수요가 빠르게 늘고 있습니다. LFP 배터리의 이차전지 시장 점유율은 2020년 16%에 불과했지만, 지난해엔 두 배인 38%로 집계되기도 했습니다.

LFP 배터리는 에너지 밀도가 낮아 주로 고성능 전기차를 생산하는 우리 업계에선 많이 채택하지 않았습니다. 그런데 세계 각국의 보조금 축소와 경기 둔화의 영향으로 보급형 전기차 수요가 늘어난 만큼 보급형 배터리의 수요 또한 늘어나는 추세입니다.

이에 정부는 오늘 보급형 기술인 LFP와 나트륨 배터리 기술개발에도 약 500억 원을 투자하겠다고 밝혔습니다.

LFP 배터리 외에, 나트륨 배터리(소듐이온배터리라고도 합니다) 또한 보급형 배터리로 떠오르고 있습니다.

지난 7일 배터리 컨퍼런스에서 열린 세미나에서 알렉스 홀랜드 아이디테크엑스(IDTechEx) 연구소장은 나트륨 배터리의 2034년까지 연평균 성장률(CAGR)은 40%에 달할 거로 예측했습니다. LFP 배터리보다 에너지밀도가 낮아서 소형 전기차나 소형 이륜차 같은 곳에 적합하고, 장기적으로는 리튬이온 배터리를 대체할 거라고 설명합니다.

그런데 이런 나트륨 배터리 기술에서도 이미 중국이 한발 앞서가고 있습니다. 홀랜드 소장의 설명을 들어보면, 현재 나트륨 배터리 특허 출원의 88%가 중국입니다.

"최근엔 소형 전기차에 나트륨 배터리셀을 처음으로 사용하기 위한 경쟁이 중국 내에서 진행되고 있습니다."

현재 국내 차량용 LFP 배터리팩 양산은 대부분 2028년 목표로, 2026~2027년까지 기술개발이 끝날 전망입니다. 이석희 SK온 대표이사가 직접 "내부적으로는 LFP 배터리 개발이 완료됐다"고 밝힌 SK온은 2026년쯤 양산을 전망하고 있습니다.

■ 美 IRA '통상 현안'도 대응해야…5대 추진 과제 선정

이들 모두를 포함해 오늘 '배터리 얼라이언스'에서 정부와 배터리 기업이 논의한 핵심 추진 과제는 모두 5가지입니다.

5대 핵심 추진 과제
① 차세대 배터리 기술 개발 착수 ② LFP 및 나트륨 배터리 기술 개발 본격화 ③ 미국 IRA, EU 배터리법 등 관련 대응 ④ 총 7.1조 원 국내 설비 투자 ⑤ 사용후 배터리 산업 활성화를 위한 지원법 마련

특히 미국의 인플레이션 감축법(IRA)은 아직 불확실성이 큰 요인으로 남아있습니다. 지난해 미국 상무부가 해외우려기관(FEOC) 세부 지침을 발표하긴 했지만, 아직도 기업들 입장에선 모호하다는 겁니다.

지난 8일 2024 배터리광물 세미나에서 장인원 에코프로 글로벌자원실 상무는 "관련해서 현장에서도 갑론을박이 있다"고 말했습니다.

"우려국 정부가 어떤 형태로든지 의사결정에 25% 이상 차지할 경우 FEOC로 보겠단 건데, 민간 기업은 어떻게 할 거냐에 대한 해석이 분분합니다. 중국 기업들은 자유롭게 투자할 수 있다고 해석하고 있고, 한국 대부분 기업은 안 될 거라고 보수적으로 접근하고 있습니다. 미국 업체들을 만나봐도 어떤 업체는 '문제없을 것'이라고 하고 어떤 업체는 '있을 것'이라고 해서 판단하기 어렵습니다."

정부는 기회가 될 때마다 미국 상무부 등에 협조를 요청하고 있지만, 앞서 언급된 대로 우리 산업이 가지고 있는 보다 근본적인 공급망의 취약성 또한 해결해야 할 문제입니다.

경쟁국의 추격부터 공급망과 통상 환경까지, 말 그대로 '산 넘어 산'인데요. 결국, 오늘 발표된 과제와 해법 모두, 이 산들을 잘 넘어보자는 취지입니다. 이를 위해 국내 기업들은 올해만 9조 원 이상을 설비와 연구개발에 투자할 계획입니다. 배터리 업계와 정부의 이인삼각 달리기가 '게임 체인저' 확보까지 다다를 수 있을지, 많은 관심이 쏠리고 있습니다.

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김지숙 기자 (vox@kbs.co.kr)