리튬이온보다 100배 비싼 전고체 배터리, 전기차에 쓸 수 있을까?

전고체 배터리 보다 현실적인 대안, 반고체 배터리 

 

최근 리튬이온 배터리를 사용한 전기차의 화재소식에 전고체에 대한 관심이 늘고 있습니다. 이를 반영하듯 관련 업체 주식들이 한동한 상승세를 이어가기도 했습니다. 리튬이온배터리를 사용하는 데 있어서 단점으로 부각되는 충전속도와 화재안전성 면에서 해결책으로 제시되고 있는 전고체, 과연 언제쯤 EV에 탑재가 가능하게 될까요? 
 
현재 국내 전고체 분야에서 가장 선두를 달리고 있는 삼성SDI의 로드맵에 따르면 2027년 양산을 바라보고 있습니다. 반면 LG에너지솔루션은 조금 늦은 2030년을 예상하고 있지요. 물론 과거 다른 아이템을 참고해 보면 PC용 저장장치인 솔리드스테이트디스크(SSD)가 처음 나왔을 때 기존의 하드드라이브를 대체하고 대중화되기까지 5년 이상이란 시간이 걸렸습니다. 2006년 삼성에서 양산을 시작하고, 2011년 수요가 폭발하기 시작했으니 말입니다. 
 
전고체는 SSD 사례보다는 대중화에 좀 더 오랜 시간이 필요할 것으로 보입니다. 
27일 SNE리서치의 발표에 따르면 전고체 배터리가 시장에 적용되는 비율은 2035년에 이르러서도 10%가 안될 것으로 전망하고 있습니다. 더구나 이는 낙관적인 관점에서 봤을 때의 수치이고, 보수적인 관점에서는 6.8% 수준에 머물 것이라고 합니다. 개발 후 10년이 지나도 대중화가 어렵다는 분석입니다. 

전고체(All Solid State Battery)의 점유율이 기대에 못 미칠 것으로 예상된다.

 

기대보다 전고체배터리의 점유율이 낮은 이유는?

전고체배터리는 양극과 음극 사이를 액체전해질이 아닌 고체전해질로 대체하여, 화재폭발에 대한 위험성을 해소할 수 있고, 에너지 밀도가 높으며, 충.방전 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 '꿈의 배터리'로 평가받고 있습니다. 그런데 왜 10년이 지나도 대중화가 어렵다고 판단한 걸까요?

 

국내 배터리 3사 전고체 개발 현황

 

문제는 가격입니다.

전고체전해질을 위한 재질로 유력하게 제기되는 것이 산화물계와 황화물계전해질입니다. 이중 삼성SDI와 LG에너지솔루션 모두 전고체전해질을 위해서 황화물을 다루고 있습니다. 그런데 주요 재료인 황화리튬의 가격은 약 1600만 원/kg 수준인 반면 현재 사용되는 리튬가격은 불과 약 2만 원/kg선입니다. 사용되는 양의 비율을 무시할 경우 재료비가 무려 800배나 더 비싼 것입니다. 

 

이차전지 로드맵(출처.SNE리서치)

 

 

또한 해결해야 하는 공정문제들이  있습니다. 전고체를 주입할 때 계면사이 저항문제와 이온전도도가 기존 리튬이온배터리보다 낮다는 문제를 해결해야 하죠. 
이런 공정개선을 포함하여 양산형 전고체 배터리가 나오더라도 현재 리튬이온의 100배이상 차이가 날 것이라고 전문가들은 말하고 있습니다. 따라서 2030년이 되더라고 전기차에 전고체를 쓰려면 엄청난 고가의 차량이 아니면 적용이 힘들 것으로 보입니다. 
 

리튬이온의 현실적인 대안, 반고체 배터리

반고체 배터리는 액체와 고체 사이의 반고체, 즉 겔상태의 전해질을 사용한 배터리입니다. 리튬이온배터리보다 화재위험성은 낮고, 성능을 향상하면서 가격적으로 전고체배터리보다 낮습니다. 게다가 기술적인 나이도도 상대적으로 낮아 대중화 가능성이 높은 배터리입니다.
 
 LG 에너지설루션에서는 양산시점을 26~27년으로 예상하고 있으며, 중장기적인 로드맵 상에서 스탠다드 하위에 적용할 것이라고 밝혔습니다.

 

반고체 분야는 이미 중국의 CATL 과 같은 업체들이 주력을 개발을 진행하고 있습니다. 국내 배터리업체들은 여전히 후발주자이기는 하지만 그 기술적 간극을 좁히기 위해서 많은 노력을 기울이고 있습니다.

과거 EV 만 생각하였지만 대세가 하이브리드로 넘어온 것처럼 어쩌면 전고체가 아닌 주류는 반고체배터리가 될 수도 있어 보입니다. 반고체배터리 양산이 진행됨으로써 EV는 비로소 대중화된 차량의 중심에 설 수 있을 것으로 보입니다.