“이차전지 상용화, 배터리셀 요구 지표 동시 만족이 관건”

[산업일보]
배터리(Battery), 이차전지의 발전은 전기차 상용화를 가능하게 했다. 현재 이차전지 시장은 리튬이온 전지가 대부분을 차지하고 있는데, 발화문제, 주행거리(용량), 급속충전, 원재료 가격 상승 등의 과제가 잔존하는 상황이다.

이러한 문제점들을 극복하기 위해 최근 차세대 이차전지로 리튬-황 전지, 전고체 전지, 리튬-금속 전지 등 여러 연구가 이어지고 있지만, 상용화 단계까지 오진 못했다.


서울대학교 최장욱 교수는 지난 25일 전경련회관 사파이어홀과 온라인으로 동시 진행한 ‘고안전 고효율 전기차 개발을 위한 전고체 리튬금속 배터리 개발 기술 세미나’에서 “차세대 이차전지가 리튬이온 전지의 아쉬운 부분을 해결할 방안을 가지고 있지만, 상용화로 이어지지 않는 이유는 다양한 배터리 지표를 동시에 만족하지 못했기 때문”이라고 밝혔다.

배터리 상용화를 위해서는 에너지 출력, 충전 속도, 배터리의 수명, 안전성 등을 모두 고려해야 하는데, 모든 성능을 동시에 향상 시키는 것은 결코 쉽지 않다.

좋은 배터리 소재를 발견해 하나의 성능을 향상할 수 있더라도, 다른 물성이 하락하거나 전극 소재와 전액 간의 합이 맞지 않는 등의 이유로 다른 성능이 하락하는 ‘트레이드 오프(Trade-off)’ 현상 때문에 연구개발 단계에 머무르고 있다는 것이 최 교수의 설명이다.

현재 이차전지에 대한 연구는 리튬이온 전지의 성능을 향상하는 방향과, 차세대 전지 개발 방향 등에 초점이 맞춰져 있다.


리튬이온 전지의 경우 내부 음극을 흑연에서 실리콘으로, 양극은 코발트에서 니켈을 사용하는 방향으로 연구를 진행 중이다. 차세대 전지로는 리튬-황 전지, 전고체 전지, 리튬-금속 전지, 금속-공기 전지 등이 한국의 대기업을 비롯해 미국 스타트업 등에서 연구하고 있다.

최근 주목도가 높은 차세대 전지는 전고체 전지다. 전고체 전지는 고체 전해질을 사용하는 전지로 리튬이온 전지의 단점으로 꼽히는 발화 문제를 근원적으로 차단할 수 있고, 에너지 밀도를 높여 전기차의 주행거리를 향상하는 데도 좋은 전략이 될 수 있기 때문이다.

최장욱 교수는 “전고체 전지가 현재의 리튬이온 전지 기술을 획기적으로 넘을 수 있는 기술은 맞다”면서도 “배터리의 성공 여부는 상용화에 요구되는 여러 지표와 가격, 공정 수율 등을 다 만족해야 가능하기 때문에 종합적으로 지켜봐야 한다”고 밝혔다.

이어 리튬이온 전지의 진화가 전고체 전지 성패의 변수가 될 것으로 내다본 최 교수는 “향후 2~3년 안에 전고체 전지는 변곡점을 맞이할 것”이라고 전망했다.