전고체 배터리, 상용화는 2030년 이후에나 가능

토요타가 2030년까지 출시 예정인 신형 전기차 라인업

[데일리카 안효문 기자] 일본 경제산업성이 배터리 산업 육성을 위해 마련한 민관합동 조사에서 전고체 배터리 상용화 기점을 2030년 이후로 전망해 관심이 쏠린다.

전고체 배터리 분야에서 최고의 기술력을 보유한 일본이 시장 예상보다 다소 늦은 시점에서 이 분야의 상용화 가능성을 시인해서다.

4일 업계에 따르면 경제산업성은 지난 2021년 하반기 축전지(2차 배터리) 산업 전략 검토 민관 협의회를 설립했다. 경제산업성은 협의회 구성 배경으로 ‘글로벌 환경 변화 속에 향후 2030년, 나아가 2050년 급격히 확대돼가는 (배터리) 시장에서 민관 등 관계자가 문제의식을 공유하고 일본의 축전지 산업계가 다시 경쟁력을 되찾기 위한 방안에 대해 논의한다’라는 설명을 내놨다.

이들 협의회는 올해 7월까지 5차례에 걸친 보고서를 발행, 일본 배터리 업계가 2030년까지 자국내 150GWh, 글로벌 전체 600GWh의 연간 제조능력을 확보하기 위한 다양한 방안을 모색해왔다.

일본 경제산업성 축전지 산업 전략 검토 민관 협의회 중간 보고서 갈무리.

보고서 내용 중 업계 주목을 끄는 부분은 차세대 배터리 시장 선점을 위한 제언이다. 보고서엔 ‘전고체전지 등 차세대 전지를 세계 최초로 실용화, 제조기술의 우위성·불가결성을 확보하기 위해 산관학의 연구개발력을 결집하고 2030년경 전고체 배터리의 본격 실용화하는 것이 목표다’라고 명기돼있다.

국내 자동차 업계 관계자는 “전반적으로 일본 정부 및 산업계는 현재 자국 배터리 산업이 중국과 한국 및 미국 등과 비교해 경쟁력이 떨어지며, 이를 타개하기 위한 차세대 아이템으로 전고체 배터리 개발에 역량을 집중해온 것으로 보인다”라며 “하지만 전고체 배터리 상용화를 세계 최초로 달성한다면서도 그 시점을 2030년 이후로 잡은 것은 그만큼 (전고체 배터리의) 양산이 어렵다는 것을 시인한 것으로 해석된다”라고 설명했다.

■ 전고체 배터리, 한계도 분명해

전고체 배터리는 양극과 음극간 이온이 이동할 수 있는 통로 역할을 하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 만든 제품이다. 전해액과 분리막이 없는 구조여서 에너지 밀도가 더 높은 물질을 넣을 수 있으면서도 충격에 강한 것이 장점이다. 이론상 전고체 배터리는 전기차 주행거리는 늘리고 충돌시 화재위험은 줄일 수 있어 현행 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 각광을 받아왔다.

피스커, 전고체 배터리 기술

일각에선 ‘꿈의 배터리’라는 찬사까지 받는 전고체 배터리지만 단점 또한 분명하다. 자동차 업계에서 보는 전고체 배터리의 가장 큰 문제는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리보다 내부 저항값이 크다는 점이다. 전고체 배터리는 전해질이 고체인 만큼 이온의 유동성이나 전극과 전해질 간 밀착성이 떨어질 수밖에 없다.

이 같은 물성 때문에 전고체 배터리의 효율성과 순간출력에 대한 의문점을 제기하는 전문가들도 적지 않다. 특히 최근 전기차 보급이 활발해지면서 고성능 전기차 분야의 경쟁이 치열해진 만큼 고급 전기차 시장에서 전고체 배터리의 경쟁력에 대한 회의론도 나오고 있는 상황이다.

생산 비용 문제도 전고체 배터리 양산의 큰 걸림돌이다. 고체 전해질 소재 가격이 액체 전해질보다 비싸서다. 메리츠증권 등 투자업계에선 전고체 배터리 제조 단가가 2028년 1㎾h 당 160달러까지 내려갈 것으로 전망했지만, 같은 기간 리튬이온 배터리 생산비용은 1㎾h 당 80달러 대 초반으로 예상했다. 성능과 용량 차이를 고려해도 전고체 배터리가 70% 이상 비싸다는 의미다.

■ 빅 플레이어들의 전고체 배터리 상용화 계획..공수표는 아닐까?

닛산, 전고체 배터리

일본 민관 협의회의 발표는 일종의 통렬한 자아성찰로 해석된다. 이에 따라 배터리 제조사 및 자동차 기업들이 그간 제시한 청사진(?)에 대한 검증이 필요하다는 지적도 나온다.

현대차그룹의 경우 전고체 배터리를 탑재한 전기차 양산 시점을 2030년으로 잡았다. 현대차는 지난 2021년 4월 컨퍼런스 콜을 통해 ‘2025년 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 시범양산한 후 2027년 양산으르 준비, 2030년 경 본격 양산에 매진하겠다”라며 개발 로드맵을 발표한 바 있다.

관련 특허를 가장 많이 보유한 일본 토요타의 경우 2025년 전고체 배터리를 탑재한 전기차 양산 계획을 발표하고, 2021년 9월경 전고체 배터리 전기차 시험 주행 영상을 공개하기도 했다. 하지만 이후 회사는 ‘전고체 배터리 하이브리드카를 2025년 선보이고, 배터리 전기차(BEV)는 2020년대 말에 투입할 것’이라며 한 발 물러선 모습을 보였다.

이 분야 후발주자로 손꼽혔던 일본 닛산의 경우 2024년 시제품, 2028년 첫 양산차 출시를 목표로 제시했다. 닛산은 미국 항공우주국(NASA)과 손잡고 전고체 배터리 개발에 속도를 낸다며 시장 선점을 자신하고 있다.

솔리드파워, 전고체 배터리

메르세데스-벤츠, BMW, 포드, 혼다 등 주요 자동차 제조사들은 전고체 배터리 전기차 양산 시점으로 2030년 전후로 예상했다. 토요타와 함께 ‘2025년 양산’을 예고했던 폭스바겐의 경우 지난해 미 전고체 배터리 개발업체 퀀텀스케이프의 사기 논란에 휘말리며 생산 일정을 확답할 수 없게 됐다. 테슬라의 경우 전고체 배터리 양산 관련 구체적인 계획을 밝히지 않은 상태다.

배터리 업체 중 LG에너지솔루션은 지난 4월 배터리 전시회 ‘인터배터리 2022’에서 전고체 배터리 상용화 로드맵으로 ▲2026년 고분자계 전고체 배터리 양산 돌입 ▲2027년 리튬황 배터리 ▲2030년 황화물계 전고체 배터리 출시 등을 제시했다.

삼성SDI는 올 3월 수원에 전고체 배터리 시범 생산라인을 착공, 2027년 본격 양산을 예고했다. SK온은 미국 솔리드파워 등과 손을 잡고 올해 말 전고체 배터리 시제품을 포드 및 BMW에 납품한 뒤 상용화에 속도를 내겠다는 방침이다.

이밖에 최대 배터리 제조사 CATL의 경우 전고체 배터리 양산 시점을 2025년으로 예고한 바 있지만, 최근 중국 배터리 업계에서는 ‘2030년 양산론’에 힘이 실리는 모습이다.

SK이노베이션, 전고체 전지 개발 생산

yomun@dailycar.co.kr