[초점] "전고체 배터리, 전기차 시장 게임 체인저 시간문제"

전기 자동차에는 몇 가지 중요한 단점이 있다. 이 단점을 해소시킨 전고체 배터리(Solid State Battery) 기술은 전체 산업의 게임 체인저가 되고 있다.

유럽은 미국보다 훨씬 빠르게 전기 자동차를 수용했다. 노르웨이에서는 EV(전기차)가 매우 인기 있다. 캘리포니아보다 교통 인프라가 적고 통근 시간이 짧기 때문이다. 장거리 도로 여행에 익숙한 미국인들이 내연 기관차를 선호하는 것은 놀라운 일이 아니다. 긴 통근 시간에는 한 번 주유로 오래 달려야 하기 때문이다.

가장 진보된 EV조차도 충전하는 데 오랜 시간이 걸린다. 이건 분명한 장애물이다. 그러나 이 두려움은 곧 사라지게 된다. 고속 충전과 충전 범위가 크게 확장된 게임 체인저인 전고체 배터리 기술이 등장했기 때문이다.


전고체 배터리는 액체 대신 고체 전해질로 만든다. 이 배터리는 동일한 부피(에너지 밀도)에 더 많은 양의 에너지를 저장할 수 있다. 충전 범위를 50~80%까지 늘릴 수 있는 잠재력을 지녔다. 새로운 기술은 리튬이온배터리에 비해 부족하지 않다.
리튬이온배터리에서 많은 유기 물질을 제거하면 더 많은 이점을 얻을 수 있다. 화학적 병목 현상을 줄여 충전 시간을 10분 이내에 80-15% 충전이 가능하다. 코발트와 니켈과 같은 미네랄을 제거하면 전체 비용도 줄어들고 탄소 발자국도 감축된다. 독성과 인화성 유기 전해질을 제거하여 안전성도 획기적으로 향상된다. 물론 화재 위험이 낮아진다.


전고체 배터리의 장점은 훌륭하지만 리튬 이온의 최고 자리를 추월하는 것은 쉽지 않다. 고체 배터리는 천연 자원이 덜 필요하지만 고체 전해질은 생산 비용이 더 많이 든다. 리튬이온배터리는 비용이 비싸다는 단점이 있다. 비용문제는 규모의 경제로 낮출 수 있기 때문에 그다지 문제가 되지 않겠지만 또 다른 문제가 있다.

미국 전기차 배터리 스타트업인 '퀀텀스케이프(QuantumScape)'는 수요가 적은 상태에서 단기적으로 갖가지의 단점을 보완해야 하는 일을 우려한다. 전고체 배터리 제조업체가 높은 수요를 충족시키는 것은 매우 어려울 것이라는 설명이다.

리튬이온배터리 기술은 불필요한 기술을 과감히 버려야 하고, 또 다른 기술 개발과 제조를 지속해야 하는 복잡한 어려움을 지녔다는 지적이다. 이런 과정에서 다른 배터리 기술이 등장하게 되면 미래를 장담할 수 없게 된다. 전력망, 가전제품, 기타 사물에 필요한 전반적인 수요를 고려한다면 모든 유형의 배터리를 완전히 생산해야 하는 불안정한 처지이다.


자동차 제조업체는 2024년 기아 EV9와 포드 머스탱 마하-E와 같은 EV에 동력으로 공급되는 리튬이온배터리의 한계를 깨닫고 있다. 결과적으로 전고체 배터리는 황금알이 되었다. 현재 EV생산 차량에 전력을 공급하는 전고체 배터리는 없다. 다만 이 분야에서 수년 동안 기술개발에 전념해온 회사들은 존재한다.

이 분야의 리더는 테슬라가 아니라 툐요타이다. 2012년부터 일본 제조업체는 다른 어떤 자동차 제조업체보다 앞서서 많은 디자인과 관련된 1,000개 이상의 특허를 개발했다. 한 번의 충전으로 430마일 이상을 여행할 수 있게 했다. 동일한 조건에서 개발 중인 전기 자동차는 기존 리튬이온배터리로 작동하는 차량의 두 배 이상의 범위를 갖는다.

2020년 토요타는 자동차형 배터리 전문 회사인 프라임 프래넛 에너지 앤 솔루션스를 설립하기 위해 파나소닉과 합작 투자를 발표했다. 이 전략적 파트너와 토요타는 최초의 기능성 대량 생산 전고체 배터리 개발을 순조롭게 진행하고 있다.

이들의 목표는 2020년대 중반까지 전고체 배터리가 장착된 EV를 판매하는 최초의 회사가 되는 것이다. 최초의 차량 프리우스를 선보이면서 20년 이상 배터리 전문 지식을 보유한 기업으로 존재 가치를 높이고 있다.

전고체 배터리 기술을 적용한 차세대 배터리는 더 안전하고 효율적이다. 충전 범위가 훨씬 우수하고 더 빠른 충전 시간을 갖춘 이 혁신은 전기 자동차뿐만 아니라 전체 산업의 게임 체인저의 역할을 할 것으로 기대된다.


김종대 글로벌철강문화원 원장