전고체 배터리와 리튬이온전지의 가장 큰 차이점은 전해질의 형태라고 할 수 있다. 전고체전지는 리튬이온전지 내 전해질을 액체가 아닌 분말 형태의 고체로 대체한다. 리튬이온이 이동하는 과정에서 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막는 기존의 분리막이 사라지고, 고체 전해질이 그 자체로 분리막 역할을 한다. 화재 위험이 극히 낮고 날씨의 영향을 거의 받지 않는다. [편집자주]

전고체 배터리는 '꿈의 배터리'로 불린다. 충격과 흔들림에 강해 전기차 용도로 적합하다. 장거리 주행도 가능하고 완충 속도도 15분 내외로 빠르다. 리튬이온 배터리가 액체 전해질을 사용하는 것과 달리 고체 전해질이 적용된다. 극저온이나 고온에서도 제 기능을 한다.

반면 전고체 배터리 개발에 속도가 나지 않는 이유는 고체 전해질의 특성 때문이다. 액체 성질보다 유동성이 낮아 배터리 성능과 충전 속도를 높이는 데 높은 기술이 요구된다. 또 소재의 가격이 리튬 이온 배터리의 약 1000배로 알려져 있어 양산에 성공하더라도 대량 생산이 가능해질 때까지 시간이 필요하다.

아직 갈 길이 멀지만 목표는 분명하다. 완전한 개발에 삼성SDI는 2027년을 예상하고, SK온과 LG에너지솔루션은 각각 2029년과 2030년 양산을 목표로 한다. 삼성SDI의 속도가 적어도 2년은 빠를 것으로 전망된다.

중국이나 일본 등 국가간 대결도 중요하다. 중국 CATL, 일본 토요타 등과 전고체 배터리 상용화를 두고 선점 대결을 펼치는 중이다. 승리한다면 소위 대박을 터트리며 K배터리의 위상을 높일 수 있지만 반대로 늦으면 큰 위기에 닥칠 수 있다.

궁극의 전고체 배터리로 가는 과정에서 새로운 기술도 속속 선보이고 있다. 삼성SDI는 에너지 밀도와 비용은 물론 배터리 수명 측면에서 유리한 무음극 기술을 소개했다. 삼성SDI 관계자는 "전고체 배터리는 독자적인 무음극 기술로 업계 최고 수준(900Wh/L) 에너지 밀도 구현이 가능하다"며 "지난해 말부터 고객사들에게 샘플을 공급해 긍정적인 평가를 받고 있다"고 말했다. 독자 조성한 고체 전해질 개선으로 음극 부피를 확 줄이고 양극재를 추가한 것.

아울러 삼성SDI는 최근 리튬인산철플러스(LFP+)와 코발트프리(NMX) 배터리도 공개했다. 현재 양산중인 6세대 각형 배터리, P6과 21700(지름 21㎜, 높이 70㎜) 원통형 배터리 등 다양한 모빌리티용 배터리 제품도 전시해 눈길을 끌고 있다.

이 가운데 LFP+ 배터리는 신규 극판 기술로 에너지 밀도가 LFP 배터리 대비 10% 이상 향상시킨 제품이다. 또 5000 사이클 이상의 장수명 성능과 20분 만에 80%까지 충전이 가능한 급속충전 기술 등을 통해 상용차에 최적화했다고 소개하고 있다.

눈카뉴스 박웅찬 기자 ucpark73@naver.com

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