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전고체 배터리의 가장 큰 특징은 단연 안전성이다. 액체 전해질을 쓰는 기존의 리튬이온 배터리는 외부 충격이나 고온 환경에서 누액과 발화 위험이 존재하지만, 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용하는 만큼 누액 위험이 근본적으로 차단돼 있다.
에너지 밀도도 획기적으로 올릴 수 있다. 고체 전해질은 분리막 역할까지 겸하는 만큼, 기존에 분리막에 할애됐던 셀 내부 공간 활용도가 높아진다. 같은 크기의 셀에 더 많은 활물질을 채울 수 있다는 채권청약
의미로, 이는 곧 주행 거리 확대로 이어진다. 특히 리튬금속 음극을 적용하면 에너지 밀도를 30% 이상 높일 수 있어 1회 충전으로 800~1000㎞ 주행이 가능해진다.
작동 온도 범위가 넓은 것도 강점이다. 영하 40도의 혹한에서부터 100도에 달하는 고온의 환경에서까지 성능을 안정적으로 유지할 수 있어, 혹서·혹한 지역 운행이나 항공·캡틴프라이드게임
우주 등 극한 환경에서도 활용도가 높다. 또한 전극을 다층으로 쌓아 전압을 높이는 '바이폴라' 구조 구현이 가능해 출력 성능이 뛰어난 점도 주목받는다. 전고체 배터리가 자동차뿐 아니라 산업용 기계, 기차, 항공기, 우주 탐사 장비 등 고에너지가 필요한 분야에도 적용이 가능할 것으로 업계는 보고 있다.
다만 현재 기술 수준으로는 상용화까지 주식컨설팅
넘어야 할 산이 많다. 대표적으로 '이온전도도'와 '계면 저항' 문제가 꼽힌다. 이온전도도는 쉽게 말해 전해질 속에서 리튬이온이 얼마나 빠르고 원활하게 움직일 수 있는지를 나타내는 지표다. 액체 전해질은 물처럼 유동성이 있어 리튬이온이 비교적 자유롭게 이동할 수 있지만, 고체 전해질은 그 구조가 단단해 이온이 통과할 길이 제한된다. 결과적으로 전류 흐름이 주식투자게임
느려지고, 이는 곧 충·방전 속도 저하와 출력 성능 감소로 이어진다.
계면 저항은 전극과 전해질이 맞닿는 면에서 발생하는 '전기 흐름의 마찰'에 비유할 수 있다. 액체 전해질은 표면장력 덕분에 전극과 빈틈없이 밀착돼 리튬이온이 쉽게 오가지만, 고체 전해질은 표면이 울퉁불퉁해 접촉이 완벽하지 않다. 이 때문에 전극과 전해질 사이에 보이지 않바보펀드
는 틈이 생기고, 그 틈이 일종의 '저항벽' 역할을 하면서 전지 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
업계가 꼽는 또 하나의 큰 기술장벽은 '덴드라이트(dendrite)' 문제다. 리튬 금속을 음극으로 사용할 경우 충·방전이 반복됨에 따라 음극 표면에 나뭇가지 모양의 돌기가 형성되는 현상이다. 이는 배터리 수명과 안전성 모두를 위협하는 요인으로 꼽힌다. 이를 막기 위해 전해질 소재·구조를 최적화하거나 보호막을 적용하는 등 업계에선 해결책 마련에 매진하고 있다.
전고체 배터리의 시장성은 밝다. 시장조사 업체 SNE리서치에 따르면 전고체 배터리의 글로벌 시장 규모는 2022년 2750만달러(약 400억원)에서 2030년 400억달러(약 58조원)로 급성장할 전망이다.
업계에서는 전고체 배터리 상용화 이전에 반고체 배터리가 과도기 기술로 확산될 가능성이 높다고 본다. 반고체 배터리는 전해질을 액체가 아닌 젤 등의 신소재로 대체한 배터리로, 기존 리튬이온 배터리와 전고체 배터리를 잇는 과도기적 배터리로 여겨진다.
반고체는 기술장벽이 비교적 낮은 데다 기존 배터리 생산라인을 일부 활용할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 다만 성능 개선 폭이 제한적이라는 점에서 종국에는 전고체 배터리로 귀결될 것이라는 게 전문가들의 중론이다. 국내 배터리 업계 관계자는 "전고체 배터리는 안전성과 에너지 밀도에서 확실한 우위를 갖는 만큼, 상용화 시점에 시장 판도를 뒤흔들 가능성이 크다"며 "다만 제조 기술과 소재의 안정성 확보가 관건"이라고 말했다.
국내 배터리 3사도 전고체 배터리 시대를 선점하기 위해 속도를 내고 있다. 업계에 따르면 국내 3사 중 삼성SDI가 전고체 배터리 개발에 있어 가장 앞선 것으로 알려져 있다.
삼성SDI는 2022년 국내 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인인 'S라인'을 수원 SDI연구소에 6500㎡ 규모로 착공했다. 2023년에는 고객사들에 전고체 배터리 샘플을 공급했으며, 2027년 황화물계 전고체 배터리 상용화를 목표로 하고 있다.
LG에너지솔루션도 오창에 고분자계 전고체 파일럿 라인을 구축 중이며, 2030년부터 황화물계 전고체 배터리를 양산할 계획인 것으로 전해졌다.
SK온은 고분자·산화물 복합계와 황화물계 두 종류의 전고체 배터리를 병행 개발 중이며, 2028년과 2029년에 상용화 시제품을 생산한다는 목표다. 지난해 8월에는 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖춘 산화물계 고체 전해질을 공동 개발하기도 했다.
업계 관계자는 "삼성SDI가 가장 빠른 상용화 일정을 잡았고, LG·SK온은 각각 소재 다변화와 공정 안정성 확보에 방점을 두고 있다"며 "기술 완성도와 양산 속도가 전고체 시장 경쟁의 승부처가 될 것"이라고 말했다.
[한재범 기자]