전기차 화재 예방 중요성 ↑…'전고체 배터리'가 해답될까

[MT리포트]전기차 포비아④-업계, 차세대 '전고체 배터리' 개발 촉각

[편집자주] 전기차 화재가 반복적으로 발생하면서 전기차 자체에 대한 불안감이 커지고 있다. 누구보다 빠르게 전동화 전환에 투자했던 한국 기업 발등에 불이 떨어졌다. 이들 이 이번 전기차 화재를 어떻게 바라보고 있고 어떤 대응책을 만들고 있는지 짚어본다.

전기차 화재는 진화가 어려운 만큼 자칫 대형사고로 이어질 수 있어 기업들은 배터리 열관리 기술 개발에 힘을 쏟아왔다. 여기에 안정적이고 효율이 좋아 '꿈의 배터리'라고 불리는 '전고체 배터리' 개발에도 속도를 내는 모습이다.

7일 완성차 업계에 따르면 현대차를 비롯한 완성차 업체들은 전체 시스템 중 일부에 고장이나 오류가 발생할 경우 안전장치가 작동하는 '페일 세이프' 기능을 활용해 전기차 화재 위험을 줄이고 있다. 전력 공급 장치인 배터리가 각종 전장 부품과 연계돼 있는 만큼 그 연결고리를 끊어 열 폭주를 막는 방법이다.

배터리 관리 시스템(BMS)도 배터리 화재를 막기 위한 시스템 중 하나다. BMS는 평소에 배터리 충전 상태를 제어하고 셀 밸런싱을 통해 부하가 걸리지 않도록 조정하는 역할을 한다. 배터리에 이상이 감지될 경우 '릴레이(특정 조건에서 작동해 다른 회로를 개폐하는 장치)'를 통해 배터리 전원을 제어함으로써 고장의 확산이나 사고를 예방한다.

특히 현대차그룹은 BMS를 총 3세대로 나눠 개발 중인데, 1~2세대가 실시간 모니터링, 모델링을 통해 배터리를 진단했다면 3세대 기술은 AI와 연동한 클라우드 기반으로 운영된다. 이 경우 열 변화에 따른 단순 판단이 아닌 열폭주의 직접적인 원인을 파악해 더 빠르게 대응할 수 있다.

이 밖에 현대차의 경우 전기차 배터리에 누전이나 합선이 발생해 과부하가 걸릴 경우 전력을 차단하는 퓨즈도 장착해 화재에 대비하고 있으며 열 전이를 지연하는 소재를 활용해 폭주를 막고 있다. 지난 3월에는 중앙대·한양대·소방연구원 등과 협약을 맺고 전기차 화재 대응 소방 기술을 개발 중이다.

업계에선 전기차 화재 우려를 해소하기 위해선 궁극적으로 '전고체 배터리'가 상용화돼야 한다고 입을 모은다. 전고체 배터리는 액체가 아닌 고체를 전해질로 사용해 작동 온도 한계가 높아 화재 위험이 적다. 특히 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 2배 이상 높기 때문에 충전 시간은 짧고 주행거리가 길어 차세대 배터리로 주목받고 있다.

전고체 배터리에 가장 적극적인 것은 배터리 제조사들이다. 삼성 SDI는 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 5개 고객사를 대상으로 샘플을 공급하고 있다. 지난 1일에는 SDI연구팀이 임종우 서울대 화학부 교수팀, 김원배 포스텍 화학공학과 교수팀과 함께 '열 폭주' 메커니즘을 밝혀내며 업계의 주목을 받기도 했다.

LG에너지솔루션도 2026년 고분자계 전고체 배터리를 상용화해 2030년에는 황화물계 전고체 배터리를 선보일 계획이다. 황화물계 전고체 배터리는 가격 경쟁력을 갖추면서도 안정성·성능까지 끌어올린 제품이다. 후발주자인 SK온 역시 2030년까지는 전고체 배터리 개발을 완료한다는 목표다.

완성차 제조사들의 전고체 배터리 개발 움직임도 활발하다. 현대차는 지난해 7월 서울대학교에 '배터리공동연구센터'를 설립해 운영 중이다. 차세대 배터리로 주목받는 전고체 배터리를 비롯한 차세대 배터리를 개발하기 위함이다.

일본 토요타도 2027~2028년 상용화를 목표로 전고체 개발에 나서고 있으며 독일 폭스바겐은 2022년 자회사 '파워코' 설립을 시작으로 2030년까지 유럽 전역에서 240기가와트시(GWh) 규모 배터리를 생산하는 셀 공장 6개를 지을 계획이다.

임찬영 기자 chan02@mt.co.kr