PwC컨설팅 “K배터리, 전고체로 피지컬 AI 분야 주도권 확보를”

전고체 배터리, 작동 시간이 성패 좌우
기술 초기 단계서 국제 표준 경쟁 중요성 부각

로봇·드론 등 ‘피지컬 AI’가 본격적인 상용화 단계로 나아가는 과정에서 배터리가 가장 큰 제약 요인으로 떠오르고 있다. 현재 주요 휴머노이드 로봇의 가동 시간은 대체로 2~4시간 수준에 머물러 있어, 산업 현장에서 연속적으로 활용되기까지는 여전히 기술적 간극이 존재한다. 이러한 한계 속에서 전고체 배터리가 차세대 해법으로 주목받고 있으며 전기차보다 피지컬 AI 분야에서 먼저 필요해질 가능성이 크다는 분석이 제기됐다.

PwC컨설팅은 이러한 내용을 담은 ‘전고체: 한걸음 더 가까워진 꿈의 배터리’ 보고서를 발간했다고 7일 밝혔다. 보고서는 피지컬 AI와 휴머노이드 확산을 계기로 전고체 배터리의 전략적 중요성이 부각되는 배경을 진단하고, 글로벌 기술 경쟁 구도와 함께 향후 K-배터리가 나아가야 할 방향을 제시했다.

보고서에 따르면 현재 주요 휴머노이드 로봇은 배터리 탑재 공간과 무게 제약으로 잦은 충전과 교체가 불가피한 구조다. 이로 인해 작업 연속성이 떨어지고 유휴 시간이 발생해, 실제 산업 현장 투입에 제약이 존재한다. 보고서는 피지컬 AI의 상용화 경쟁에서 “한 번 충전으로 오래 지속되는 고에너지 밀도 배터리”가 승부처가 될 것으로 진단했다.

전고체 배터리는 리튬이온배터리의 핵심 소재 중 하나인 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 제품으로, 안전성과 에너지 밀도를 동시에 높일 수 있는 차세대 배터리로 평가된다. 보고서는 전고체 배터리가 기존 리튬이온배터리 대비 에너지 밀도를 2~3배까지 높일 잠재력을 지니고 있으며, 높은 안전성과 에너지 효율을 함께 요구하는 피지컬 AI 분야에서 적합성이 더욱 부각될 수 있다고 설명했다.

다만 전고체 배터리의 확산 경로는 전기차가 아닌 성능 가치가 우선되는 영역에서 먼저 열릴 가능성이 높다는 분석이다.

전고체 배터리를 둘러싼 글로벌 경쟁도 빠르게 본격화되고 있다. 일본은 ‘차세대 전고체 배터리 민관 실증 프로젝트(SoliD‑NEXT)’를 중심으로 기술 완성도를 높이며 선도적 입지를 강화하고 있다. 중국은 전고체 배터리 기술 표준 제정을 통해 글로벌 ‘룰 메이커’ 지위 확보를 노리고 있으며, 한국은 전고체 관련 특허 출원이 빠르게 증가하고 있으나 개발 속도와 규모 측면에서는 아직 추격 국면에 놓여 있다는 평가다.

기업 차원에서도 주요 배터리 및 완성차 기업들이 2027~2030년을 전후해 전고체 배터리 양산을 목표로 개발 경쟁에 나서고 있다. 해외에서는 도요타(Toyota), CATL, BYD, 고션(Gotion), 팩토리얼(Factorial) 등이, 국내에서는 삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온, 현대자동차 등이 전고체 배터리 개발을 추진 중이다. 보고서는 원자재부터 고체 전해질, 배터리 셀에 이르기까지 밸류체인 전반에서 경쟁이 동시에 전개되고 있다는 점에 주목했다.

보고서는 이러한 변화가 한국 배터리 산업에 중요한 전환점이 될 수 있다고 평가했다. 전고체 기술 전환은 중국 중심의 소재 공급망 구조를 일부 완화할 수 있는 기회가 될 수 있으며, 특히 전고체 배터리에서 주목받는 리튬메탈 음극과 무음극 구조는 기존 흑연 음극 의존도를 낮출 잠재력이 있어 공급망 리스크 완화와 ‘K-배터리 프리미엄’ 강화에 기여할 수 있다는 분석이다.

아울러 전고체 배터리 기술이 아직 초기 단계에 머물러 있는 만큼, 기술 리더십과 시장 주도권 확보를 위해 국제 표준화 무대에서 한국의 영향력을 선제적으로 강화할 필요가 있다고 조언했다.