[과학] 전고체 배터리, 2030년 상용화 전망

광주자동차그룹 전고체 배터리 생산 라인

한동안 ‘실험실 양품’으로 여겨지던 전고체 배터리(全固态电池)가 개념에서 현실로 빠르게 다가오고 있다.

최근 국내 첫 대용량 전고체 배터리 생산라인이 구축되면서 소량 시험 생산 단계에 공식적으로 돌입했다. 개념이 등장한 이래로 ‘고에너지 밀도’, ‘고안전성’, ‘극한온도 내성’이라는 장점으로 주목받아 온 전고체 배터리가 전기차의 주행 거리와 안전성 측면의 단점을 보완할 수 있을지 많은 사람들이 관심을 가지고 있다.

“전고체 배터리의 핵심은 고체 전해질로 기존 리티움 이온 배터리의 액체 전해액(电解液)과 전지 분리막을 대체한 것에 있다.” 천진대학 연구원이자 중국재료연구학회 상무 부비서장인 진아남은 “기존 배터리는 물을 가득 머금은 해면과 같아 눌리면 액이 루출하지만 전고체 배터리는 속이 꽉 찬 벽돌과 같아서 어떻게 부딪혀도 형태가 안정적이며 루액 위험도 없다.”고 말했다.

배터리 안전성은 줄곧 전기차 사용자들의 주요 관심사였다. 기존 리티움 이온 배터리는 일단 루액이 발생하거나 열제어가 되지 않으면 액체 전해액이 빠르게 연소되거나 심지어 폭발에 이를 수 있기 때문이다. 광주자동차그룹(广汽) 전고체 배터리 플래트홈 고급 매니저 사류영은 “고체 전해질은 불연성 및 내고온 특성을 갖추어 300 섭시도∼400섭시도의 고온을 견딜 수 있으며 이는 액체 전해액의 100섭시도∼200섭시도 내한 한계를 훨씬 뛰여넘는다.”고 설명했다.

치루이(奇瑞) 연구소의 테스트는 더욱 직관적이다. 바늘로 찌르거나 강하게 압착해도 전고체 배터리는 구조적 안정성을 유지하며 발화나 폭발이 일어나지 않았다. 진아남은 “이는 ‘전기차 자연발화’가 력사속으로 사라질 수 있음을 의미한다.”라고 말했다.

안전성 문제를 해결한 전고체 배터리는 전기차의 ‘주행 거리 짧음’과 ‘겨울에 배터리 소모 빠름’과 같은 문제점도 해결할 수 있다. 데이터를 보면 전고체 배터리의 에너지 밀도는 400 와트시/키로그람을 쉽게 넘어 심지어 500 와트시/키로그람에 도달할 수 있으며 이는 주류 액체 리티움 이온 배터리의 두배 이상에 해당한다. “즉, 현재 주행 거리 500 키로메터인 전기차에 전고체 배터리를 적용하면 주행 거리가 1000 키로메터를 돌파할 수 있을 것으로 예상된다.”라고 사류영은 말했다.

저온으로 인한 전력 감소 또한 더 이상 난제가 아니다. 0 섭시도 환경에서 기존 액체 배터리는 전력이 30% 이상 떨어질 수 있지만 전고체 배터리는 온도 변동에 덜 민감하며 고체 전해질이 극한 저온 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 지원한다.

기술적 우월성으로 인해 전고체 배터리의 량산 일정은 산업 경쟁의 초점으로 되고 있다. 천안사(天眼查) 데이터에 따르면 중국에는 현재 2000여개의 전고체 배터리 관련 기업이 존재하며 그중 올해만 해도 40여개의 새로운 기업이 추가되여 산업 열기를 가늠할 수 있다. 전아남은 “하지만 량산 ‘전야(前夜)’에 있는 전고체 배터리는 계면(界面) 안정성, 전해질 박막화(薄层化), 높은 비용 등의 난제를 여전히 극복해야 한다.”라고 덧붙였으며 이러한 리유로 과도기 방안인 반고체 배터리가 이미 선행 적용되고 있다고 설명했다.

그렇다면 소비자는 언제 전고체 배터리 차량을 구매할 수 있을가?

중국전기자동차백인회(中国电动汽车百人会)는 2027년쯤에 전고체 배터리가 차량에 탑재되기 시작할 것이고 2030년에 이르러 량산이 가능할 것으로 전망했다. 전문가들은 초기 제품은 먼저 고급 모델에 탑재될 것이고 기술의 성숙과 생산 능력 증가로 인해 비용이 하락하면 일반 소비자도 이 기술의 혜택을 누리게 될 것이라고 지적했다.

“전고체 배터리의 고(固)는 재료 형태의 ‘고체’일 뿐만 아니라 기술적 돌파와 산업 자신감의 ‘확고함’이다.” 진아남은 전고체 배터리는 신에너지 자동차 산업 구조를 재편할 잠재력이 있을 뿐만 아니라 소비자 전자제품, 저공경제 등의 분야까지 스며들어 사람들에게 더 안전하고 효률적인 신에너지 사용 경험을 가져다줄 것이라고 평가했다.

/과학기술넷

编辑：최화