KB증권이 최근 현대자동차 목표주가를 이전보다 50% 상향한 120만원으로 제시했습니다. 미국 자회사 보스턴다이내믹스의 휴머노이드 사업가치가 많이 반영된 것 같습니다. 이 증권사는 보스턴다이내믹스 지분을 보유한 현대모비스 목표주가 역시 75만원에서 120만원으로, 60% 상향했습니다. 현대차그룹의 글로벌 시장 점유율 확대와 아울러 보스턴다이내믹스의 차세대 휴머노이드 '아틀라스' 가치를 반영했다고 밝혔습니다.
휴머노이드는 올해 초 미국 소비자가전전시회(CES)의 주인공으로 등장한 이후 주목을 받고 있는데요, 휴머노이드에 대한 관심이 전고체배터리에 대한 관심으로 확산하는 모습입니다.
업계에 따르면, 휴머노이드 초기 버전에는 2170 원통형 배터리가 주로 탑재되고 있습니다. 그러나 휴머노이드용 배터리에 대한 고에너지밀도, 고출력, 안정성 요구 등을 감안하면 궁극적으로 전고체배터리 탑재 가능성이 매우 높은 것으로 예상되고 있습니다. 최근 발표된 신영증권과 삼일pwc경영연구원의 보고서를 중심으로 전고체배터리 개발과 상업화 전망, 그리고 관련 밸류체인을 살펴봅니다.
일반적으로 2차 전지(리튬이온배터리) 구성은 아래 표와 같습니다. 양극재, 음극재, 전해질(전해액), 분리막 등 크게 4부분으로 이루어지는데요, 이 가운데 전해질을 기존 액체에게 고체로 대체한 것이 전고체(全固體)배터리입니다. 배터리 구성 전체가 고체로 만들어졌다는 의미 정도로 이해하면 되겠습니다.
전해질은 배터리 안전과 관련이 있습니다. 액체 전해질은 가연성이 있고 기화 또는 누출 가능성 때문에 화재나 폭발 우려가 존재하죠. 실제로 사고가 일어나는 경우도 꽤 있습니다. 고체 전해질은 그 가능성이 크게 낮출 수 있습니다. 또한 고체 전해질은 분리막 역할까지 할 수 있습니다. 기존 분리막이 없어진 자리에 더 많은 활물질 투입이 가능하기 때문에 에너지 밀도도 한층 높일 수 있습니다. 즉 고체 전해질을 사용한 전고체배터리는 안전과 에너지 밀도라는 두마리 토끼를 모두 잡을 수 있기 때문에 '꿈의 배터리'로 불리기까지 합니다.
다음은 일반 리튬이온배터리와 전고체배터리 구조를 비교한 그림입니다. 그림에서 보는 것처럼, 전고체배터리에서는 흑연음극이 아닌 리튬메탈 음극을 사용할 수도 있습니다. 무음극 배터리 개발도 가능한 것으로 알려지고 있죠.
업계에서는 전고체배터리가 전기차보다 피지컬AI 휴머노이드에서 먼저 시작될 것으로 보고 있습니다.
휴머노이드가 산업현장에서 기여하기 위해서는 ‘충분히 긴 시간＇동안 멈추지 않고 작동할 수 있어야 합니다. 동적인 작업을 수행할 때는 에너지 사용량이 급증하게 되죠. 따라서 배터리 등 부품 경량화가 필수적 입니다.
한마디로 말하자면 더 가벼운 무게로, 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 배터리가 필요한 셈입니다. 그래서 현재 휴머노이드용 배터리로는 LFP(리튬인산철)가 아닌 하이니켈 삼원계 배터리가 탑재되고 있는데요, 가장 적합한 배터리는 전고체라는 데 업계의 이견이 없는 상태입니다.
신영증권에 따르면, 전고체를 탑재한 전기차 출시는 2028년~2030년으로 추정됩니다. 초기에는 프리미엄 세그먼트 위주로 제한적 탑재가 있을 것으로 보입니다. 이에 앞서 2027년~2028년 소규모 양산에 들어가는 휴머노이드에 전고체가 전면적으로 채용될 것으로 예상됩니다.
전고체배터리 상용화를 위해서는 해결해야 할 과제가 몇가지 있습니다.
우선은 기술적 과제입니다. 고체전해질과 양극 및 음극간 계면은 전해액을 사용했을 때보다 저항이 높고 전도율이 떨어지는 한계가 있다고 합니다. 액체는 계면을 빈틈없이 감싸지만 고체는 채우지지 않은 일부 공백이 발생한다는 거죠.
이른바 '덴드라이트(Dendrite)'현상도 문제입니다. 덴트라이트는 배터리 충전 과정에서 리튬이온이 음극 표면에 불규칙한 모양으로 쌓이며 형성되는 결정체를 말합니다. 이온 이동의 장애물이기도 하지만 더 큰 문제는 고체 전해질을 훼손하여 배터리 수명과 안전성을 저해하기도 합니다. 이같은 전고체의 단점을 해결하기 위한 연구개발 작업이 현재 맹렬하게 진행중입니다.
두번째는 경제적 과제입니다.
초기 상용화 단계의 전고체 배처리 가격은 일반 리튬이온배터리의 5~6배 정도로 추정됩니다. 전고체배터리 초기 수요는 가격보다 성능이 우선인 분야에 한정될 것으로 보이는데요, 산업용 휴머노이드나 프리미엄 전기차 세그먼트, 미래형 UAM(도심항공교통, Urban Air Mobility)분야입니다.
휴머노이드는 대당 탑재용량이 2~3KWh로 전기차의 50~60KWh보다 낮아 전고체에 대한 가격저항을 약할 것으로 예상됩니다. 삼일pwc 경영연구원은 "초기 전고체 시장의 개화에 휴머노이드가 진입로가 될 것"이라고 내다봅니다. 주요업체들은 전기차 적용에 앞서 2027년~2028년 휴머노이드 시장에 우선공급계획을 세우고 있습니다.
전고체가 중장기적 확장을 위해서는 가격 경쟁력 확보가 필요합니다. 원자재인 황화리튬 가격 하향 안정화가 필수적인데요, 킬로그램당 수백달러로 추정되는 가격이 장기적으로 100달러 이내로 떨어져야 한다고 업계는 말합니다.
배터리분석기관들의 전고체 전망에 따르면, 2030년 수요는 70~120GWh 수준입니다. 2027년~2035년 연평균 시장성장률이 43%에 달해 2035년 288GWh까지 전고체 시장이 커지지만, 전체 배터리 시장 규모 대비 침투율은 5%에 그칠 전망입니다. 전고체 시장은 그 이후 본격적으로 확대될 전망입니다.
신영증권은 2030년 이후로는 주요업체들의 양산이 본격화하며 황화물계 전고체 배터리가 침투율 확장을 본격화할 것으로 전망합니다. 다음 표는 전고체 배터리 밸류체인과 관련한 주요기업들입니다.
최근 엔비디아는 로봇 시뮬레이션 플랫폼 '옴니버스(Omniverse)'와 휴머노이드 개발 플랫폼 '아이작 그루트(Isaac GR00T)'를 중심으로 제조 현장과 로봇에 AI를 접목하는 협력 모델을 확대하고 있습니다. 우리나라 주요 기업들과도 반도체 공급망을 넘어 피지컬 AI 생태계 구축에 속도를 낼 것이라는 보도도 이어지고 있습니다. 이 때문에 LG그룹, 현대차그룹, 두산그룹, 네이버 등의 주가가 상승하기도 했죠.
휴머노이드의 초기 상용화 과정에서 전고체 시장이 개화하고, 이어 전기차 시장 본격 확대에 따라 시장 점유율이 확대된다는 시나리오에는 모두 수긍합니다. 그러나 얼마나 빨리 전고체가 배터리 시장의 주력으로 자리잡을 수 있을지에 대해서는 견해가 조금씩 다릅니다. 관심있게 지켜볼만한 이슈인 것 같습니다.
