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리튬이온전지 폭발위험성 낮춘 ‘전고체전지’, 차세대전지로 거듭날까

장점 확실하지만, 넘어야 할 과제도 여전해…“성능개선·양산기술 개발 박차 가해야”

리튬이온전지 폭발위험성 낮춘 ‘전고체전지’, 차세대전지로 거듭날까

[산업일보]
전기자동차 등의 상용화로 인해 배터리 시장이 몸집을 불려나가고 있는 가운데, 화재안전성 측면에서 인정받는 전고체전지가 차세대 배터리로 떠오르고 있다.

KDB미래전략연구소가 최근 발표한 보고서인 ‘전고체 이차전지 개발 현황 및 시장 전망’에 따르면, 전고체전지는 기존 리튬이온전지의 단점을 보완할 것으로 주목받아 왔지만, 해결해야 할 기술적인 문제들이 여전히 많아 단기간 내 전고체전지로의 시장 전환은 어려울 것으로 보인다.

2000년대 초부터 연구되기 시작한 전고체전지는 당시 성능과 가격 측면에서 상용화에 제동이 걸려왔다. 하지만 최근 전 세계적인 전기차 판매 증가로 리튬이온전지 시장이 확대되자, 업계의 관심은 다시 전고체전지를 향해 쏠리기 시작했다.

전고체전지란 전지의 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 등이 모두 고체로 돼 있는 이차전지를 뜻한다. 전지의 구성요소가 모두 고체로 돼 있기 때문에, 온도변화와 외부 충격에 따른 화재 및 폭발의 위험이 기존 리튬이온전지에 비해 현저히 적다는 장점이 있다.

이에 더해, 온도변화와 외부 충격 등으로부터의 안전사고를 미연에 방지하기 위한 안전장치 및 분리막 등을 필요로 하지 않는다. 배터리팩 공간의 30% 이상을 차지하는 냉각장치의 공간에 추가적으로 배터리셀을 채워 넣을 수 있기에 같은 크기로도 기존 리튬이온전지보다 고용량의 배터리를 저렴한 원가로 구현할 수 있다.

하지만 확실히 뛰어난 장점에도 불구, 소재 및 구조적인 부분에서 상용화를 위해 뛰어넘어야 할 과제가 여전히 산적해 있는 상황이다.

KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터의 이영진 연구원은 보고서를 통해 ‘고체 전해질의 이온전도도가 액체전해질에 비해 낮고, 고체 전해질과 활물질간의 계면 저항이 커서 이온과 전자의 이동이 원활하지 못해 충분한 성능을 발현하는 데에 한계가 있다’라고 짚었다.

해당 과제를 딛고 진정한 상용화로 나아가기 위해 일본, 미국, 중국, 대만 등의 기술선진국은 전고체전지 개발을 위한 움직임에 박차를 가하고 있다.

가장 선도적인 움직임을 보이는 국가는 일본이다. 일본 도요타와 파나소닉은 2022년 출시를 목표로 전고체전지를 탑재한 전기차를 개발하기 위한 합작회사를 설립했다. 이 외 일본 기업과 미국, 중국, 대만 등은 배터리 스타트업을 중심으로 전고체전지 개발에 뛰어들고 있다.

이영진 연구원은 ‘국내에서는 삼성SDI 등을 중심으로 핵심 양극소재 개발이 진행되고 있다. 공격적인 대규모 양산을 통해 2011년 이후 세계 리튬이온전지 시장에서 일본 업체를 추월한 바 있다’라며 ‘차세대 전고체전지 분야에서도 주도권을 잡기 위해 고체전해질, 리튬금속 음극재 등 전고체전지 핵심 소재의 성능 개선과 양산기술 개발에 선제적인 투자를 이어나가야 할 것’이라고 했다.
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