[아티클 리뷰] 전고체 배터리, 차세대 배터리의 입지를 굳히다

파이낸셜 타임스 2021.04.20 

 

 

 

1. 리튬이온 배터리의 자연적 한계

리튬이온 배터리에는 리튬이온이 통과할 수 있게 전해질이라는 액체를 사용하는데 이 액체가 가연성이 굉장히 높아 위험하며, 이는 전기차의 고속충전에 장애물로도 작용한다.

가격도 문제다. 전기차 1대에 필요한 배터리팩의 가격은 12000달러인데, 현재는 이 가격수준에서 성능개선이 이루어지지 못하고 있다고 한다. 

위의 두 문제점과 더불어 배터리는 부피도 크고 무겁다. 이 점은 무시할 수 없는것이 이런 배터리를 장착한 차는 일반 휘발유차보다 무겁게되어 에너지 효율이 상대적으로 낮아질 수 밖에 없어진다. 또한 배터리 완충까지의 시간도 평균 50분이라고 하니 아직 갈 길이 멀다.

 

2. 리튬이온 배터리의 한계의 극복이 가능한가?

우선 주행거리와 배터리팩 생산비용의 절감을 위해 배터리 주재료인 니켈, 코발트, 망간의 비율을 조정하는 시도가 있었다. 배터리의 니켈 비율을 높여서 에너지 밀도를 높였고 그 결과, 주행 거리를 늘릴 수 있었다. 게다가 니켈보다 두 배 비싼 코발트의 양을 줄이는 효과까지 있어서 생산비용도 절감이 되었다. 하지만 그 대가로 안정성이 더 하락했다. 실제로 중국에서 이러한 방식을 채택하여 출시된 전기차 화재건수가 출시 직후 3건이나 발생하는 일이 있었다. 

이와는 반대로 안정성을 늘리기 위해 주재료 비율을 재조정하거나 새로운 재료를 채택하게 되면 에너지 밀도가 떨어지는 상황이다.

 

기술적으로도 한계에 부딪혔지만, 외부상황은 더 녹록치 않다.

전기차 배터리뿐만 아니라 다양한 디바이스의 배터리 수요가 증가하면서 니켈, 흑연, 코발트, 구리 등등 배터리에 필수적인 원재료들의 가격이 크게 증가했다.

이 와중에 니켈의 생산량이 정체되고 있으며, 리튬, 코발트 역시 비슷하다. 게다가 원자재 슈퍼사이클이 시작되고 있어 당분간 초과수요가 유지되면서 배터리 가격이 낮아지는건 힘들것이라 전망된다.

 

3. 리튬이온 배터리의 문제점을 해결한 전고체 배터리

일단 전고체 배터리는 전해질을 사용하지 않아 리튬배터리에 비해 안정성이 훨씬 높다. 또한 이것은 배터리의 고속충전이 가능할 것임을 암시하는데 현재 프로토타입의 완충시간은 10분이다.

게다가 가격도 리튬 배터리에 비해 저렴하며 무게 역시 가볍다. 가볍다는 것은 자동차 운행시의 에너지 효율성이 뛰어나다는 것이다. 현재의 리튬이온 배터리가 이 무게의 한계로 개선을 못하고 있는 것을 보면 굉장히 큰 장점이면서도 발전가능성이 기대되는 배터리라고 할 수 있다.

이런 기술적 문제도 해결했을 뿐만 아니라 전고체배터리는 희귀 원재료를 비교적 덜 사용해서 외부적 문제에 대해서도 비교적 자유로운 편이다.  

 

4. 전고체 배터리의 현재

상용화까지는 비용상 문제가 존재해서 몇 년은 더 있어야 전고체 배터리 자동차를 탈 수 있겠지만, 관련 특허들이 대거 출원하고 있으며, 배터리 대기업, 스타트업들이 연구를 활발하게 함에 따라 전고체배터리는 충분히 현실화될 수 있으며, 상용화 시기는 앞당겨지고 있다는 것이 전문가들의 전망이다.