“전기차 말고 로봇이 먼저 쓴다”…‘꿈의 배터리’ 시대 더 빨리 온다는데

로봇엔 크기 작고 밀도 높은
배터리 탑재가 필수적 과제
전고체가 가장 적합한 대안
삼성·LG·SK 배터리 3사 등
국내외 업계 기술 개발 속도
최대 3년 개발 단축 예상돼

전기차 업계의 ‘게임체인저’로 불리는 전고체 배터리가 휴머노이드(인간형) 로봇 산업 개화와 맞물리며 조기 상용화 기대감을 높이고 있다. 인공지능(AI) 기술 발달로 휴머노이드 로봇 개발 속도가 빨라지는 동시에 산업군별로 로봇 활용이 늘어날 것으로 예상되면서 이를 뒷받침할 미래 배터리 기술 개발에도 가속이 붙을 전망이다.

12일 재계에 따르면 휴머노이드 로봇 산업 급성장으로 2030년께 상용화가 예상되던 전고체 배터리 기술이 전기차보다 앞서 2027~2028년께 로봇 산업에 먼저 적용될 가능성이 제기되고 있다. 산업 전반으로 영향력을 확대 중인 AI 소프트웨어의 비약적 발전으로 ‘피지컬 AI’ 구현이 현실화하면서 휴머노이드 대중화가 애초 예상보다 빨라지고 있기 때문이다. 이에 로봇 구동의 핵심인 배터리 기술 개발 필요성도 커지고 있다.

배터리 업계와 증권가는 올해를 휴머노이드 로봇 산업 변곡점으로 평가한다. 로봇 산업이 기존 연구·개발 중심 단계에서 벗어나 실제 현장에서 임무를 수행하며 문제를 해결하는 ‘미션 드리븐’ 산업으로 전환하고 있다는 것이다.

실제 휴머노이드 로봇 시장의 성장세는 가팔라질 전망이다. 프레지던스 리서치에 따르면 올해 38억4000만달러 규모인 휴머노이드 로봇 시장은 2년 뒤 68억1000만달러로 약 2배 성장할 것으로 예상된다. 2032년에는 286억달러로 지금보다 약 7.5배 커질 전망이다.

이에 따라 휴머노이드 로봇 산업의 가장 큰 기술 허들로 꼽히는 배터리 문제가 주목받고 있다. 낮은 용량과 짧은 가동시간 문제를 해결해야만 실제 산업 현장에서 유용하게 활용할 수 있기 때문이다. 그 해법으로 주목받는 기술이 바로 전고체 배터리다.

전고체 배터리는 기존 전기차 배터리의 양축인 삼원계 NCM(니켈·코발트·망간) 계열 배터리와 리튬인산철(LFP) 배터리의 장점을 고루 갖춘 차세대 배터리다. 에너지 밀도가 높아 사용 시간이 긴 NCM 배터리는 화재 등 안정성 문제가 꼬리표처럼 따라다닌다. 반면 높은 안정성과 가격 경쟁력을 갖춘 것으로 평가받는 LFP 배터리는 낮은 에너지 밀도가 걸림돌이다. 하지만 전고체 배터리는 NCM 계열보다 더 높은 에너지 밀도를 보유하면서도 고체 전해질을 사용해 누액이나 발화 위험을 줄여 안정성이 높다.

지난 3일 서울 강서구 코엑스 마곡 컨벤션센터에서 열린 ‘제1회 산업 AI 엑스포’에서 에이로봇의 이족보행 휴머노이드 로봇이 방문객에게 생수를 건네고 있다. [뉴스1]

특히 휴머노이드 로봇 구조상 배터리 탑재 공간이 협소하고 센서·모터 등 복잡한 제어 장치가 밀집해 있는 만큼 크기가 작으면서도 에너지 밀도가 높은 배터리 설계가 필수적이다. 정교한 움직임이 많고 고해상도 시각 처리가 실시간으로 이뤄져서 에너지 소모가 크기 때문이다. 또 로봇을 원활하게 구동하기 위해서는 무게도 가벼워야 한다.

전고체 배터리는 이러한 한계를 한꺼번에 보완할 수 있다. 에너지 밀도가 높아 탑재량이 같을 때 사용 시간을 50% 이상 늘릴 수 있고 고체 전해질 특성상 설계 단계에서 안전장치를 간소화할 수 있어 배터리 시스템 총효율도 올라간다.

국내 배터리 3사도 전고체 배터리 투자를 확대하며 속도전에 돌입했다. LG에너지솔루션은 올해 상반기 콘퍼런스콜에서 “휴머노이드 로봇에 적합한 고출력 셀 개발과 샘플 공급 논의가 활발히 진행 중”이라고 밝혔다. 삼성SDI는 지난 2월 현대차그룹과 로봇 전용 배터리 공동개발을 위한 업무협약을 체결한 뒤 관련 연구개발을 이어가고 있다. SK온은 최근 대전 미래기술원 내에 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공하며 조기 상용화를 위한 첫발을 내디뎠다.

중국과 일본 등 글로벌 배터리 기업도 적극적이다. 중국 CATL은 인허범용로봇(GALBOT)과 손잡고 휴머노이드 전용 배터리 개발에 나섰으며 일본 역시 도요타와 파나소닉을 중심으로 기술 확보에 주력하고 있다. 특히 파나소닉은 반도체·센서 통합형 배터리 설계를 연구하며 로봇에 최적화한 배터리 플랫폼 개발을 추진 중이다.

배터리 업계 관계자는 “전고체 배터리는 그동안 전기차용 배터리로 주목받아 왔지만 휴머노이드라는 새로운 애플리케이션의 등장으로 전략적 가치가 재조명되고 있다”며 “기술 선점 여부가 향후 사업 포트폴리오 다각화의 핵심이 될 것”이라고 말했다.