가성비 '나트륨' vs 꿈의 배터리 '전고체'…한중 차세대 기술 경쟁

리튬배터리 대체할 차세대 제품 주목
중국, LFP보다 싼 나트륨배터리 집중
한국은 전고체로 로봇·드론 신시장 공략

[이데일리 공지유 기자] 글로벌 배터리 기업들의 차세대 배터리 기술 경쟁이 본격화하고 있다. 전기차 캐즘(일시적 수요 정체)과 에너지저장장치(ESS), 로봇·드론 등 새로운 응용처 대응을 위한 중국과 국내 기업의 전략이 엇갈리는 가운데 누가 승기를 잡을지 관심이 모인다.

(그래픽=김일환 기자)

26일 업계에 따르면 글로벌 배터리 기업들은 니켈코발트망간(NCM)이나 리튬인산철(LFP) 등 기존 리튬이온배터리를 대체할 수 있는 차세대 배터리 기술 개발에 속도를 내고 있다. 리튬이온배터리의 가장 큰 적용처인 전기차 수요 정체가 길어지면서, 가격 경쟁력이 높거나 에너지 밀도를 끌어올릴 수 있는 차세대 제품을 찾겠다는 것이다.

중국 기업들이 우선 주력하고 있는 건 나트륨이온배터리다. 리튬이온배터리와 구조는 비슷하지만 리튬 대신 나트륨 이온이 양극과 음극 사이를 이동하며 전기를 저장하고 방출하는 전지다. 리튬은 매장량이 한정적이고 특정 지역에 쏠려 있는 반면, 나트륨은 리튬보다 최대 1000배 매장량이 많고 채굴과 정제도 상대적으로 쉬워 경제성이 높다는 장점이 있다.

중국 CATL의 나트륨이온 배터리.(사진=CATL)

이에 중국 기업들은 LFP를 대체할 기술로 나트륨배터리에 주목하고 있다. 중국 최대 배터리 기업 CATL은 올해 전기차와 ESS에 나트륨배터리를 대규모 적용하겠다는 계획이다. 중국 창안자동차는 CATL의 나트륨배터리 ‘낙스트라’를 탑재한 전기차를 올해 출시할 예정이다. 중국 완성차 및 배터리 업체인 비야디(BYD)도 최근 최대 1만회 충전할 수 있는 나트륨배터리를 개발하고 있다고 밝힌 바 있다.

국내 기업 중에서는 LG에너지솔루션이 나트륨배터리 개발에 적극적이다. LG에너지솔루션은 올해 중 나트륨배터리 시범 생산(파일럿) 라인을 구축하고 샘플 생산에 돌입한다는 계획이다. LG에너지솔루션은 저가형 ESS 제품에 나트륨배터리를 적용할 것으로 보인다. 삼성SDI와 SK온은 초기 연구개발(R&D) 단계다.

다만 나트륨배터리의 경우 LFP 배터리보다 무겁고 에너지 밀도가 낮아 상용화에는 한계가 있다는 지적도 있다. 업계 한 관계자는 “아직까지 낮은 에너지 밀도 등을 극복하기 어려운 수준으로 보인다”며 “상용화가 된다면 가격 경쟁력이 있겠지만, 극복할 과제가 많은 상황”이라고 말했다.

삼성SDI의 전고체 배터리 목업(모형).(사진=삼성SDI)

국내 기업들은 액체 전해질을 고체 전해질로 바꿔 안전성을 높이고, 에너지 밀도를 끌어올릴 수 있는 ‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리에 더 집중하고 있다. 최근 로봇과 도심항공교통(UAM), 드론 등으로 배터리 수요처가 다변화하고 있는 만큼 순간적으로 높은 출력을 낼 수 있고 장시간 작업이 가능한 전고체 배터리가 본격적으로 탑재될 것이라는 기대가 나오고 있는 상황이다.

삼성SDI는 국내 배터리 3사 중에서 가장 빠른 시점인 내년 중 전고체 배터리 상용화에 나선다. 리터(ℓ)당 900와트시(Wh)의 에너지 밀도를 가진 황화물계 전고체를 양산한다는 계획이다. LG에너지솔루션은 2029년 전기차용 전고체 배터리를, 2030년 인간형 로봇(휴머노이드)용 전고체 배터리를 양산할 예정이다. SK온은 2029년 전고체 배터리를 상용화한다는 목표를 제시했다.

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